Сколько вселенная существует: Сколько существует Вселенных, кроме нашей?

Содержание

Количество галактик во Вселенной

Международная команда астрономов, возглавляемая Christopher J. Conselice, профессором астрофизики в университете
Ноттингема, обнаружили, что Вселенная содержит не менее 2 триллионов галактик, в десять раз
больше, чем
считалось
ранее. Работа команды, которая началась с гранта Королевского астрономического общества, была опубликована в
Astrophysical Journal 14 октября 2016.

Астрономы давно стремились определить, сколько галактик существует в наблюдаемой Вселенной, той части космоса, где
свет из отдаленных объектов успел добраться до нас. За последние 20 лет ученые использовали изображения из
космического
телескопа
Хаббла для оценки того, что Вселенная, которую мы видим, содержит около 100 — 200 миллиардов галактик. Современные
астрономические технологии позволяют нам изучать только 10% этих галактик, а остальные 90% будут видны только после
того, как
будут разработаны большие и лучшие телескопы.

Исследование профессора Conselice является кульминацией 15-ти летней работы, которая также частично
финансировалась исследовательским грантом
Королевского
астрономического общества, присужденным студенту старших курсов
Аарону Уилкинсону. Аарон, в настоящее время PhD (доктор философии) в университете Ноттингема, начал с анализа всех
ранее проведенных исследований по подсчету количества
галактик, что послужило фундаментальной базой для установления более масштабного исследования.

Команда профессора Conselice преобразовала узконаправленные снимки глубокого космоса с телескопов по всему миру, и
особенно от телескопа Хаббл, в 3D карты. Это позволило им рассчитать плотность галактик, а также объем одной
небольшой
области пространства
за другой. Это кропотливое исследование позволило команде установить, сколько галактик было пропущено в более
ранних исследованиях. Можно сказать, что они провели межгалактические археологические раскопки.

Результаты этого исследования основаны на измерениях количества наблюдаемых галактик в разные эпохи – временные
срезы в галактическом масштабе — за всю историю Вселенной. Когда профессор Conselice и его команда из Ноттингема в
сотрудничестве с
учеными из обсерватории Лейдена в Лейденском университете в Нидерландах и Института астрономии Эдинбургского
университета, исследовали, сколько галактик было в каждую эпоху, они обнаружили, что на более ранней стадии
развития Вселенной
количество
галактик было значительно больше, чем сейчас.

Похоже, что когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет, количество галактик в заданном объеме
пространства было в десять раз больше, чем сегодня в аналогичном объеме. Большинство из этих галактик были
системами с малой массой, т.е.
с
массами, аналогичными массам галактик, окружающих сейчас Млечный Путь.

Профессор Конселис сказал: «Это очень удивительно, поскольку мы знаем, что за 13,7 миллиардов лет космической
эволюции со времен Большого Взрыва размер галактик увеличивался за счет звездообразования и слияния с другими
галактиками.
Установление
факта наличия большего числа галактик в прошлом подразумевает, что должна была произойти значительная эволюция,
направленная на уменьшение их числа за счет обширного слияния систем. Мы упускаем подавляющее большинство галактик,
потому что
они
очень слабые и далекие. Количество галактик во Вселенной является фундаментальным вопросом астрономии, и это
поражает воображение, поскольку 90% галактик в космосе до сих пор не изучены. Кто знает, какие интересные свойства
мы найдем при
изучении
этих галактик с помощью телескопов следующего поколения?»

Перевод статьи «Распределение плотности галактик при Z < 8 и ее последствия».
«The evolution of
galaxy number density at Z < 8 and its implications». Октябрь 2016.
Ссылка
на arXiv. Права на перевод принадлежат
@timofey.pro.

Авторы:

Christopher J. Conselice, School of Physics and Astronomy, Ноттингемский университет, Ноттингем, Англия.

Aaron Wilkinson, Лейденская обсерватория Лейденский университет, Нидерланды

Kenneth Duncan, Королевская обсерватория, Институт астрономии Эдинбургского университета , Шотландия

Аннотация

Распределение плотности галактик во Вселенной и, следовательно, общее число галактик является фундаментальным
вопросом астрофизики влияющим на разрешение множества проблем в области космологии. {12}}$ (два триллиона!), т.е. почти в десять раз больше, чем было видно во всех
исследованиях неба на
основе
Hubble Ultra-Deep Field. Мы
обсудим влияние этих результатов для понимание процесса эволюции
галактик,
а также сравним наши результаты с новейшими моделями формирования галактик. Эти результаты также показывают, что
космический фоновый свет
в оптической и ближней инфракрасной области, вероятно, возникает из этих ненаблюдаемых слабых галактик. Мы также
покажем, как эти результаты решают вопрос о том, почему ночное небо темное, иначе известный как
парадокс Ольберса.

1. Введение

Когда мы открываем Вселенную и ее свойства, мы всегда хотим знать абсолютные значения. Например, астрономический
интерес состоит в том, чтобы рассчитать, сколько звезд находится в нашей Галактике, сколько планет окружают эти
звезды (Fressin
et
al., 2013), общую плотность Вселенной (например, Fukugita & Peebles 2004), среди других абсолютов в свойствах
Вселенной. Здесь был дан приблизительный ответ на один из этих вопросов, — это общая плотность числа галактик и,
следовательно,
общее
число галактик во Вселенной.

Этот вопрос является не просто праздным любопытством, но связан со многими другими вопросами в космологии и
астрономии. Распределение плотности галактик связано с такими вопросами, как образование / эволюция галактики по
числу
сформированных систем,
изменение отношений гигантских галактик к карликовым галактикам, отдаленная сверхновая и скорость гамма-всплеска,
скорость образования звезд во Вселенной, и как новые галактики создаются / уничтожаются посредством слияний
(например, Bridge
et
al. 2007; Lin et al. 2008; Jogee et al. 2009; Conselice et al. 2011; Bluck et al. 2012; Conselice 2014; Ownsworth
et al. 2014). Количество галактик в наблюдаемой Вселенной также раскрывает информацию о плотности материи (вещества
и энергии)
Вселенной, фоновом свете на разных длинах волн, а также о понимании парадокса Ольберса. Однако до сих пор еще нет
хорошего измерения этой фундаментальной величины. Наша способность исследовать распределение плотности галактик с
помощью
телескопов
возникла только с появлением CCD-камер. Сверхдальние исследования по поиску далеких галактик начались в 1990-х
годах (например, Koo & Kron 1992; Steidel & Hamilton 1992; Djorgovski et al. 1995), и достигли нынешней глубины
после проектов на
базе Космического телескопа «Хаббл», особенно таких как
Hubble Deep Field (Williams et al.
1996). В дальнейшем исследования были продолжены в рамках
Hubble Deep Field South (Williams
et al., 2000),
the
Great Observatories Origins Survey (Giavalisco et al. 2004), обзор в инфракрасном спектре
CANDELS
(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) (Grogin et al. 2011; Koekemoer et al. 2011),
и увенчались Hubble Ultra Deep Field (Beckwith et al. 2006), который на сегодняшний день остается самым глубоким
исследованием
в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне нашей Вселенной.

Однако, несмотря на все эти исследования, до сих пор неясно, как общая плотность числа
галактик эволюционирует с течением времени. Это интересный вопрос, поскольку мы знаем, что скорость
звездообразования
возрастает, а
затем снижается при z < 8 (например, Bouwens et al. 2009;
Duncan
et al. 2014; Madau & Dickinson 2014), в то же время галактики становятся более крупными и менее своеобразными
(например, Conselice et al. 2004; Papovich et al. 2005; Buitrago et al. 2013; Mortlock et al. 2013; Lee et al.
2013; Conselice
2014; Boada et al. 2015). Однако мы не знаем, как изменяется общее количество галактик во времени и как это связано
с общим образованием популяции галактик в целом.

Существует несколько причин того, почему нелегко определить общее количество галактик
на основе результатов сверхдальних исследований. Однa из них заключается в том, что все сверхдальние наблюдения
являются
неполными. Это
связано с ограничениями времени и глубины экспозиции, из-за этого некоторые галактики обнаруживаются более легко,
чем другие. Результатом этого является неполная картина даже в самых сверхдальних обследованиях, которые могут быть
исправлены,
но которые все еще оставляют некоторую неопределенность. Однако более важная проблема заключается в том, что эти
наблюдения не достигают самых слабых галактик, хотя из теории, мы знаем, что должно быть гораздо больше слабых
галактик за
пределами
границ, доступных в настоящее время нам для наблюдений.

Важно также обратить внимание на то, что мы понимаем под общей плотностью галактик во
Вселенной. Это не простая величина, которую можно определить как общую плотность, существующую в настоящее время,
общая
плотность, которая
является наблюдаемой в принципе, и общая плотность, которую можно наблюдать с помощью современной технологии, — это
разные вопросы с разными ответами. Существует также проблема, что мы ограничены космологическим горизонтом над тем,
что мы
можем
наблюдать, и поэтому есть галактики, которые мы не можем видеть за его пределами. Даже количество галактик, которые
существуют во Вселенной сегодня, то есть, если мы могли бы рассматривать всю Вселенную как есть в настоящий момент,
а не быть
ограниченным временем прохождения света, представляет собой сложный вопрос. Галактики в далекой вселенной
эволюционировали за пределы того, что мы можем наблюдать в настоящее время из-за конечной природы скорости света и,
по-видимому, будут
похожими на те, что есть в видимой Вселенной. Мы рассматриваем все эти проблемы в данной статье, а именно, как
плотность числа галактик изменяется в пределах текущей наблюдаемой вселенной до z ~ 8.

В целях сравнения, в Приложении к данной работе, мы также проводим анализ числа
галактик, которые видны современным телескопам на всех длинах волн, и которые мы можем наблюдать в настоящее время.
Затем мы
сравниваем эти
данные с измерениями общего числа галактик, которое потенциально может наблюдаться во Вселенной на основе
измеренных функций масс (mass function). Мы также обсудим, как эти результаты раскрывают информацию об эволюции
галактики и
фонового
излучения Вселенной. Мы также приводим информацию о будущих исследованиях, и какую долю галактик они будут
наблюдать.

Эта статья разделена на несколько разделов. §2 описывает данные, которые мы используем
в этом анализе, §3 описывает результаты настоящей работы, в том числе методы анализа функций звездной массы
галактики с целью
получения
общего количества галактик, находящихся во Вселенной, §4 описывает последствия этих результатов, а в §5
представлено краткое изложение статьи. В этой работе мы используем стандартную космологию: H₀ = 70 km s⁻¹
Mpc⁻¹
, и Ω_m = 1 − Ω_λ = 0.3.

2. Данные

Данные, которые мы используем для этой статьи, получены из многочисленных источников и результатов предыдущих
работ. В Приложении мы описываем, сколько галактик мы можем наблюдать в настоящее время во Вселенной, основываясь
на самых
глубоких
наблюдениях, доступных к настоящему времени. Здесь, в основной статье, мы исследуем вопрос о том, сколько
галактик потенциально можно обнаружить во Вселенной, если глубокая визуализация по всем длинам волн выполнена во
всех частях неба без
каких-либо помех от Галактики или других искажений.

Для большей части данного анализа и результатов этой работы мы используем функции
масс галактик из обозримой Вселенной вплоть до z ~ 8, чтобы определить, как плотность числа галактик
эволюционирует со временем и
космологическим красным смещением .
Эти функции массы и светимости сейчас только начинают
измеряться для
больших значений красного смещения, и наши первичные данные исходят из функций масс, рассчитанных с
использованием высокоточных инфракрасных
и оптических съемок телескопом Хаббла и наземных станций.

Как представлено в следующем разделе, функции масс, которые мы используем, взяты из
Perez-Gonzalez et al. (2008),
Kajisawa et al. (2009),
Fontana et al. (
2004,
2006),
Caputi
et al. (2011),
Pozzetti et al.
(2007),
Mortlock
et al. (2011), Tomczak et al. (2014),
Muzzin
et al. (2013), и
Mortlock
et al. (2015) для галактик при z < 3. Для самых высоких значений красного смещения мы используем функции
масс,
опубликованные
Duncan
et al. 2014,
Grazian
et al. (2015),
Caputi
et al. (2011) и
Song
et al. (2015). Мы упорядочили все эти функции масс из каждого вышеуказанного исследования на основе
солпитеровской начальной функции
масс для звезд от $0.1M_\odot$ до $100M_\odot$. Мы
использовали
плотности галактик из этих функций масс, соответствующие их объемам, в отличие от физических объемов. Это говорит
о том, как количество галактик
изменяется в одном и том же эффективном объеме, при этом эффекты расширения Хаббла исключаются. Эти функции масс
показаны на
до предела масс, взятых из ранее упомянутых исследований, которые также
перечислены в Таблице 1. 6 M_\odot$. «Самый плоский» график функции масс для 1 <
z < 3 взят из
работы Muzzin et al. (2013) и для z > 3 взят
из работы Grazian et al. (2015).

3. Распределение плотности галактик

3.1 Введение и предостережения

Основным методом, который мы используем для определения плотности галактик во Вселенной, является интеграция
количества галактик через установленные функции масс для данного космологического красного смещения. Для этого
требуется
экстраполировать
установленные функции звездной массы, чтобы достичь минимального предела массы популяции галактик. Есть много
способов, которыми это можно сделать, о чем мы поговорим ниже. Одним из наиболее важных вопросов является нижний
предел, от
которого
мы должны начинать подсчет количества галактик в зависимости от функций масс. Благодаря недавним публикациям, где
приводятся функции звездной массы до z ~ 8 (например,
Duncan
et al. 2014;
Grazian
et al. (2015),
Song
et al. (2015), мы можем теперь сделать этот расчет впервые. Другая проблема заключается в том, может ли
функция
светимости Шехтера. быть экстраполирована ниже предела
данных, для которых она изначально была пригодна. Это вопрос, который мы подробно исследуем.

Это дополняет непосредственно наблюдаемый подход, представленный в Приложении, и
является более точным способом измерения количества галактик в наблюдаемой в настоящее время Вселенной, если
функции масс
правильно измерены
и точно параметризованы. Однако этот метод потенциально чреват подводными камнями, которые необходимо тщательно
рассмотреть и проанализировать. Не в последнюю очередь это связано с тем, что измерения зависят от гораздо
большего количества
факторов, чем просто фотометрия и проблемы с идентификацией объекта, которые всегда присутствуют при простом
измерении числа галактик. 6 M_\bigodot$ как лимита и обоснование его использования
в качестве нашего
нижнего предела. Мы также обсудим, как наши результаты изменились бы, если бы мы использовали другое значение
ограничения нижнего предела массы.

Поскольку мы интегрируем функции масс через всю историю вселенной, мы должны
использовать множество обследований для учета числа галактик при разных красных смещениях. Различные диапазоны
красного смещения
требуют исследований,
выполненных на разных длинах волн, и различные исследования иногда обнаруживают разные значения параметров
Шехтера. В этой работе мы пытаемся всесторонне изучить функции масс, которые, особенно при низком красном
смещении, могут давать
широко
расходящиеся значения плотности и формы эволюции. Мы получаем почти одинаковые результаты, как при использовании
двойной функции светимости Шехтера, применяемую для расчета функции масс при низких значениях космологического
красного
смещения,
также как и в том случае, если мы используем степенной закон (
power-law)
для расчета функции масс при высоких значениях космологического красного смещения.

Примечания переводчика: ниже приведены ссылки на учебные пособия по тематике данной работы. Это будет полезно
читателю для лучшего понимания используемых терминов и понятий.

1.
Лекция 12. Функция светимости и спектр
звёздных масс. cтр. 170-183 Лекций по звездной астрономии. Локтин А.В., Марсаков В.А., 2009 год.

2.
Те же самые лекции по звездной
астрономии в формате HTML на astronet.ru
3.
И.В. Чилингарян, Классификация объектов
по распределению энергии в спектре
4.
База
знаний по внегалактической астрономии и космологии, раздел внегалактической базы данных НАСА (NASA/IPAC
Extragalactic Database, NED) — крупнейшее хранилищее изображений, фотометрии и спектров галактик, полученных в
ходе обзоров неба
в микроволновом, инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах .

5.
Справка по функция светимости
галактик №1.
6.
Справка по функции светимости
галактик №2.
7.
Космологическая функция
галактических масс
8.
Свойства
и функции светимости чрезвычайно тусклых галактик. Michael R. Blanton. В этой
работе была представлена
двойная функция светимости Шехтера (the double Schechter luminosity function). Раздел 4.2 на стр.10.

9.
Левая
и правая усеченная функция яркости Шехтера для квазаров. Lorenzo Zaninetti. 29 мая 2017. A Left and Right
Truncated Schechter Luminosity Function for Quasars

В диапозоне космологического красного смещения z ~ 0 — 3 мы используем установленные значения функций масс и их
ошибки из работ, проведенных
Perez-Gonzalez et al. (2008),
Kajisawa et al. (2009),
Fontana et al. (
2004,
2006),
Caputi
et al. (2011),
Pozzetti et al.
(2007),
Mortlock
et al. (2011), и
Mortlock
et al. (2015). Эти функции звездных масс определяются путем измерения звездных масс объектов посредством
процедуры SED fitting (
spectral energy
distributions fitting). Несмотря на большой разброс в различных измерениях
параметров функции Шехтера, мы используем всю эту информацию, чтобы принимать во внимание различные методы
измерений и используемых моделей, а также
космическую дисперсию (
cosmic variance). Эти функции масс,
параметризованные функцией Шехтера, показаны на Рисунке 1. Мы также конвертируем те исследования, в которых
используются начальные функции масс Шабрие (
Chabrier IMF) — Pozzetti et al.
(2007), Duncan et al. (2014), Mortlock et al. (2015) и
Muzzin et al.
(2013) который использует начальные функции масс Кроупа (Kroupa IMF) в начальные функции масс Солпитера (Salpeter
IMF). Список значений,
которые мы используем в нашем анализе, показан в

Таблица 1.

^αFontana
et al. (2006) устанавливали изменение
параметров Шехтера по значениям красного смещения, а не в пределеах отдельных блоков красного смещения. Эти
значения, таким образом, получены с использованием их формулы для параметров и связанных с ними ошибок.

^βMortlock
et al. (2011)
использовали постоянную M^* от log M^* = 11.43 по всему диапозону космологического
красного смещения, который они исследовали от z = 1 до 3.

Примечание — В этой таблице перечислены параметры приведенных функций Шехтера, которые мы
используем для выполнения наших расчетов. Они все нормализованы в целях получения сопостовимых значений
начальных функций масс
Солпитера (Salpeter IMF), хотя Pozzetti et al. (2007), Duncan et al. (2014) и Mortlock et al. (2015) в
своих работах использовали
начальные функции масс Шабрие
(Chabrier IMF), а Muzzin et
al. (2013) использовали начальные функции масс Кроупа
(Kroupa IMF).

Заметим, что мы рассматриваем только те функции масс, где параметр α в применимых моделях Шехтера
разрешается изменять. Если результат функции массы получается от фиксированного значения α, то это
приводит к
искажению
числа галактик, поскольку это значение имеет существенное влияние на число тусклых галаких с небольшой массой в
заданном объеме (§3.2). Поэтому мы исключаем результаты функции масс из исследований, использующих α
как константу
при
моделировании других параметров Шехтера.

В последнее время первые измерения функции звёздной массы для высоких значений
космологического красного смещения до z ∼ 8 позволяют проводить эту процедуру обратно, таким образом мы можем
исследовать самые ранние
галактики,
обнаруженные на сегодняшний день. Мы используем функции масс из исследований
Duncan
et al. (2014),
Grazian
et al. (2015),
Song
et al. (2015), которые использовали результаты наблюдений из
GOODS-S field (Южной
области) и
GOODS-N field
(Северной области) по программе изучения происхождения галактик
GOODS
(Great Observatories Origins Deep Survey project) в рамках глубокого космического внегалактического обзора в
ближнем инфракрасном диапазоне
CANDELS
(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey), а также из
HUDF (Hubble Ultra Deep Field).

Для высоких значений космологического красного смещения функции масс являются
относительно новым параметром, поэтому в целях получения согласованных и непротиворечивых данных мы также
проанализировали полученные
функции светимости
в ультрафиолетовом диапазоне, в основном при 1500˚A. Для этого мы использовали данные, опубликованные в работах
Bouwens et al. (2011), McLure et al. (2009), McLure et al. (2013), Bouwens et al. (2015) и Finkelstein et al.
(2015). McLure et
al.
(2013) и Bouwens et al. (2015) анализируют данные, полученные из самых дальних обзоров
Космического телескопа «Хаббл», включая
обзор HUDF12
Hubble
Ultra Deep Field 2012, который исследовал галактики для самых высоких значений космологического красного
смещения
при $z = 8$ и $z = 9$.

Для преобразования лимта звездных масс к пределу УФ-величины, мы используем отношения
между этими двумя величинами, рассчитанные в работе Duncan et al. 6M_\odot$. Таким
образом,
мы можем связать наш лимит звездной массы с пределом абсолютной величины в УФ. Мы не используем эти значения в
наших расчетах, но используем эти функции светимости для проверки соответствия наших результатов, полученных от
функций звездных
масс.
Мы находим высокую согласованность с функциями звездной массы, в том числе при использовании различных вариаций
преобразования звездной массы в УФ-светимость (например, Duncan et al. 2014; Song et al. 2015). Более того, все
наши функции масс
для высоких значений космологического красного смещения более или менее согласованы, за исключением Grazian et al.
(2015), результаты которого приводят к несколько более низкому значению $\phi_T$.

5. Краткие итоги исследования

Мы исследовали фундаментальный вопрос о распределение плотности галактик во Вселенной. Мы анализируем эту задачу
несколькоми способами и обсуждаем последствия для эволюции галактики и космологии. Мы используем недавно полученные
массовые
функции
для галактик до z ∼ 8 для определения распределения плотности галактик во Вселенной. {−3}$, близко к значению, полученному при структурном и парном анализе. Большинство из этих сходящихся галактик
представляют собой системы с более низкой массой, увеличивающие со временем плотность числа галактик с нижнего
предела до
более высоких масс при вычислении общей плотности.

Наконец, мы обсуждаем последствия наших результатов для будущих исследований.

В будущем, поскольку функции масс становятся более известными благодаря лучшему моделированию SED и более глубоким
и более широким данным с JWST и Euclid / LSST, мы сможем более точно измерить общую плотность числа галактик и,
таким
образом, получить лучшую меру этой фундаментальной величины.

Параллельные вселенные с точки зрения Корана

Наш 3D мир

Мы живем в мире, определяемом тремя пространственными измерениями — длиной, шириной и высотой (или глубиной).

Помимо этих трех измерений, Эйнштейн постулировал четвертое измерение, а именно время. В своей специальной теории относительности он объяснил, как свет движется с постоянной скоростью относительно всех наблюдателей. Чтобы объяснить этот сценарий, время должно быть взято в качестве четвертого измерения. То есть вместо того, чтобы рассматривать пространство и время независимо друг от друга, он предложил единую концепцию пространства-времени.

Когда кто-то упоминает «разные измерения», мы склонны думать также о таких вещах, как параллельные вселенные — альтернативные реальности, которые существуют параллельно с нашими, где вещи работают иначе. Однако реальность измерений и то, как они вносят вклад в порядок нашей Вселенной, действительно сильно отличается от популярного упрощенного взгляда на этот вопрос.

Ученые считают, что помимо трех видимых измерений их может быть гораздо больше. Фактически, теоретическая основа так называемой «теории суперструн» предполагает, что вселенная существует в десяти различных измерениях. Эти различные аспекты согласно теории — это то, что управляет вселенной, фундаментальными силами природы и всеми элементарными частицами, содержащимися внутри.

Здесь нужно помнить, что теория — это всегда попытка ученых понять природу или Вселенную и то, как она работает. То есть теория — это конструкция человеческого разума, и она имеет отношение к Вселенной ровно в той степени, в которой имеет практическое значение ее применения к нашему пониманию Вселенной.

Аллах – Господь всех миров (и вселенных)

Одно из часто повторяемых описаний Всемогущего Аллаха, данное в Коране, которое мусульмане считают Его словом, заключается в том, что Он — «Господь миров». Также, можно отметить следующие аяты:

«Он — Аллах, Творец, Создатель, Дарующий облик. У Него — самые прекрасные имена. Славит Его то, что на небесах и на земле. Он — Могущественный, Мудрый». (Сура аль-Хашр, аят 24)

«Пречист Тот, в Чьей Руке власть над всякой вещью! К Нему вы будете возвращены». (Сура Йа Син, аят 83)

«Хвала Аллаху, Господу миров». (Сура аль-Фатиха, аят 2)

Коран подчеркивает, что Аллах является единственным Создателем и Творцом всей Вселенной, которая включает в себя галактики, звезды, планеты, солнце и луну и все, что существует.

Коран и концепция множественности миров

Действительно, слово «миры», упомянутое в Коране, указывает на их множественность. Это относится ко всему, существующему в известной нам Вселенной, — миллионам галактических систем, каждая из которых несет в себе сотни тысяч звезд и планет. И если параллельные вселенные или измерения и реальности, которые не восприимчивы к нашему чувственному пониманию, существуют, они тоже находятся во владении Всемогущего Аллаха.

Нам нужно понять, что Коран — это не научный труд, он не дает подробного изложения научных теорий и не использует научную терминологию. Мы не найдем выражения «параллельные вселенные» в Коране. Но мы можем видеть, что идея параллельных вселенных Кораном не исключается. Более того, выражение, описывающее Аллаха Всемогущего как «Господа миров», действительно относится ко всем вселенным, которые наша наука уже постигла или еще не постигла.

Существование параллельных вселенных не доказано научно

Ученые проводят исследования по теме параллельных вселенных, и, основываясь на необычных открытиях квантовой физики, они предполагают, что существует вероятность того, что в нашем мире действуют другие законы на уровне, отличном от того, с которым мы знакомы.

Но до сих пор ученые не обнаружили четких научных доказательств существования параллельных вселенных. И все же нет пределов предположениям о них, и некоторые даже предполагают, что другие вселенные существуют на другом уровне на расстоянии менее одного миллиметра от нашей вселенной.

Параллельные вселенные с точки зрения Корана

Любой человек, изучающий Коран, может увидеть, что он положительно и решительно поддерживает научные исследования, а также исследования тайн нашей вселенной, и того, что за ее пределами. Действительно, существование более высокого измерения пространства, обозначенного учеными, только поддерживает религиозную идею о существовании иных миров за пределами нашего мира.

В то же время Ислам учит, что есть только один Бог — Аллах Всемогущий, и, конечно же, Он может создать любое количество вселенных, работающих по разным законам. Но наша задача состоит в том, чтобы жить на земле будучи наместниками Аллаха стараться исполнять Его волю, подчиняясь Его законам.

Будущая жизнь вполне может быть предопределена в параллельной вселенной, но мы этого проверить не можем. В то же время стоит отметить, что никакая параллельная вселенная с другим набором измерений не может опровергнуть вечные истины, изложенные в Коране. Наш долг — жить по тем же вечным истинам, в надежде получить награду от Аллаха Милосердного.

Также по этой теме читайте:

Сказано ли в Коране о существовании внеземных миров?

Вера в инопланетян с точки зрения Ислама

Islam-today

Сколько измерений существует во Вселенной?

Чтобы разобраться в том, что такое измерения — нужно понять, что это просто разные грани того, что мы воспринимаем как реальность. Мы легко осознаем три измерения, которые нас окружают ежедневно — те, которые определяют длину, ширину и глубину всех объектов в нашем мире (оси x, y и z соответственно).

С точки зрения математика, если создать список правильных, симметричных геометрических фигур с перпендикулярными сторонами, то у квадрата мы получим четыре линейных ребра. Куб имеют шесть квадратных сторон. Путем экстраполяции гиперкуб имеет восемь кубических сторон. Продолжая шаблон, можно понять, что он может продолжаться бесконечно.

Настает очередь физика. Он смотрит на звезды и тщательно записывает их поведение. Физик определяет, что они притягивают друг друга через гравитацию, которая уменьшается как квадрат их взаимных расстояний — признак, по его мнению, трех измерений.

Однако, как только он выведет уравнение того, как их свет движется в пространстве, он обнаружит, что его лучше всего выразить в четырех измерениях. Затем, после долгих раздумий, он пытается придумать способы описать гравитацию и свет в общей теории, которая, кажется, требует как минимум десяти измерений.

Давайте посмотрим, как физики пришли к таким выводам.

В 1917 году австрийский физик Пол Эренфест написал статью, заставляющую задуматься: «Как в фундаментальных законах физики проявляется, что пространство имеет три измерения?». В статье он перечислил доказательства того, что три измерения идеально подходят для описания нашего мира.

Он отметил, например, что стабильные орбиты планет в солнечной системе и стационарные состояния электронов в атомах требуют обратных законов силы. Например, если гравитация уменьшалась бы с кубом вместо квадрата расстояния от Солнца, то планеты не следовали бы по устойчивым эллиптическим орбитам.

Давайте подумаем, что означает закон обратных квадратов. Представьте себе пузырь, который примерно охватывает орбиту планеты. Сила гравитационного поля Солнца на этом расстоянии уменьшается по площади поверхности пузыря.

Площадь поверхности пропорциональна квадрату радиального расстояния, что объясняет, почему гравитация уменьшается этим фактором.

Поскольку пузырь, включая его внутреннюю часть, является трехмерным, само пространство должно быть таким же. Короче говоря, тот факт, что гравитация уменьшается с квадратом расстояния — величиной площади поверхности пузыря — подразумевает трехмерность.

Вселенная — это не просто космос. Как продемонстрировал русско-немецкий математик Герман Минковский, специальная теория относительности Эйнштейна, постулированная для объяснения того, как свет движется с постоянной скоростью относительно всех наблюдателей, может быть наилучшим образом выражена в четырех измерениях.

Вместо того, чтобы рассматривать пространство и время независимо, он предложил единое видение пространства-времени. В своей общей теории относительности Эйнштейн использовал эту концепцию и описал гравитацию, используя динамическую четырехмерную модель.

Свет проистекает из электромагнитных взаимодействий, одной из четырех природных сил. В течение многих десятилетий физики искали способы объединить эту силу с другими — сильную ядерную силу, слабую ядерную силу и, что самое важное, гравитацию — чтобы создать единую, изящную теорию фундаментальных сил.

Две из самых ранних схем (до того, как были определены сильные и слабые ядерные силы) были независимо разработаны немецким математиком Теодором Калузой и шведским физиком Оскаром Кляйном. Хотя теперь мы знаем, что их подходы были неточными, каждый предлагал объединить электромагнетизм и гравитацию путем расширения общей теории относительности на дополнительное измерение.

Вклад Кляйна лучше всего касался вопроса о том, почему такое пятое измерение не будет наблюдаться, что согласуется с выводом Эренфеста о том, что пространство кажется трехмерным. В идее, известной как компактификация, Кляйн предполагал, что более высокое измерение будет свернуто в крошечную, компактную петлю размером порядка 10^-33 сантиметров.

Современники Кляйна в конце 1920-х годов, формируя основы квантовой механики, решили исследовать возможность внутренних (относящихся к абстрактному, математическому пространству) измерений, а не физических, которые дополняют пространство-время.

Они разработали свои теории в гильбертовом пространстве, математической конструкции, которая использует бесконечное число математических измерений, чтобы учесть неопределенно большой ассортимент квантовых состояний.

Помимо Эйнштейна и его помощников Питера Бергмана и Валентина Баргманна, немногие физики исследовали понятие невидимых дополнительных измерений в физической вселенной. (В конце 1930-х и начале 40-х годов Эйнштейн, Бергманн и Баргманн безуспешно пытались расширить четырехмерное пространство-время общей теории относительности на дополнительное физическое измерение, включив в него электромагнетизм. )

В 1970-х и 1980-х годах теория Калузы-Кляйна пережила возрождение благодаря появлению теории суперструн и супергравитации: идеи о том, что фундаментальными компонентами природы являются вибрирующие нити энергии.

Математически теория суперструн оказалась жизнеспособной только в десяти и более измерениях. Следовательно, исследователи начали обдумывать способы компактизации дополнительных шести или более измерений.

Теория суперструн превратилась в 1990-х годах в более общий подход, называемый М-теорией, который включал в себя энергетические мембраны, прозванные «бранами», а также струны. М-теория включала в себя возможность большого дополнительного измерения, дополняя десять основных измерений, в которых могли бы существовать суперструны. «Большой» в этом контексте означает «потенциально наблюдаемый», а не крошечный и компактный.

Вскоре исследователи осознали, что большое дополнительное измерение потенциально может решить загадку, называемую проблемой иерархии. Эта дилемма включает в себя поразительную слабость гравитации по сравнению с другими силами природы, такими как электромагнетизм.

Простой эксперимент иллюстрирует этот дисбаланс. Возьмите обычный кухонный магнитик и посмотрите, как его притяжение подавляет гравитационное притяжение всей земли.

В сценарии «мира бран», впервые предложенном физиками Нимой Аркани-Хамед, Савасом Димопулосом и Гией Двали, а затем разработанной Лизой Рэндалл, Раманом Сундрумом и другими, реальность состоит из двух бран, разделенных многомерным промежутком, называемым массой, в конфигурации, похожей на Большой Каньон.

Как робкие туристы, сидящие на краю каньона, большинство частиц цепляются за одну из бран. Следовательно, знакомый физический мир находится там. Настойчивые путешественники, которые являются гравитонами, носителями гравитации, получают исключение и могут исследовать большую часть между ними. Поскольку гравитоны проводят гораздо меньше времени, взаимодействуя с нашей знакомой браной, гравитация кажется намного слабее, чем другие силы.

Исходная гипотеза предсказывала, что при измерении в мелких масштабах гравитация должна слегка отклоняться от идеального отношения расстояния в квадрате. Однако точные эксперименты с торсионным балансом, наложили строгие ограничения на такое расхождение вплоть до мельчайших уровней. Тем не менее, идея дополнительных измерений продолжает процветать в различных предложениях по объединению природных сил.

Итак, некоторые ученые считают, что помимо трех видимых измерений их может быть гораздо больше. Фактически, теоретическая основа теории суперструн утверждает, что вселенная существует в 10 различных измерениях. Эти различные аспекты — то, что управляет вселенной, фундаментальными силами природы и всеми элементарными частицами, содержащимися внутри.

Первое измерение, как уже отмечалось, — это то, что дает объекту длину (то есть ось X, нулевое измерения — это точка). Хорошее описание одномерного объекта — это прямая линия, которая существует только с точки зрения длины и не имеет других заметных качеств.

Добавьте к этому второе измерение, высоту (то есть, ось Y), и вы получите объект, который становится двухмерной формой (например, квадрат или круг).

«Разумный Квадрат», обитающий в таком двумерном мире, будет описывать свой мир как плоскость, населенную линиями, кругами, квадратами, треугольниками и пятиугольниками. Будучи двумерными, жители такой страны («Флатландии«), выглядят как линии по отношению друг к другу. Они различают форму друг друга, касаясь и наблюдая, как линии изменяются по длине, когда жители перемещаются друг вокруг друга.

Третье измерение включает в себя глубину (то есть ось Z), и оно дает всем объектам ощущение площади и поперечного сечения. Прекрасным примером этого является куб, который существует в трех измерениях и имеет длину, ширину, глубину и, следовательно, также объем.

Представьте, что однажды перед Квадратом появиться Сфера. Для Квадрата, который может видеть только часть Сферы, перед ним фигура двухмерного круга. Сфера посетила Квадрат, намереваясь заставить Квадрат понять трехмерный мир, которому она, Сфера, принадлежит.

Она объясняет понятия «выше» и «ниже», которые квадрат смешивает с понятиями «вперед» и «назад». Когда Сфера проходит через плоскость Флэтленда, чтобы показать, как она может двигаться в трех измерениях, Квадрат видит только то, что линия, которую он наблюдал, становится все короче и короче, а затем исчезает. Независимо от того, что Сфера говорит или делает, Квадрат не может постичь пространство, отличное от двумерного мира, который он знает.

Только после того, как Сфера вытаскивает Квадрат из своего двумерного мира в мир 3D-космоса, он наконец понимает концепцию трех измерений. С этой новой точки зрения, он может видеть площадь с высоты птичьего полета, а также может видеть формы своих собратьев (в том числе, впервые, их внутренности).

Вооруженный этим новым пониманием, Квадрат представляет себе возможность четвертого измерения. Он даже зашел так далеко, что предположил, что не может быть никаких ограничений на количество пространственных измерений.

Пытаясь убедить Сферу в этой возможности, Квадрат использует ту же логику, что и Сфера, используемую для аргументации существования трех измерений. Сфера, ныне близорукая, не может этого понять и не принимает аргументов Квадрата — так же, как большинство из нас, «сфер», не понимают идею дополнительных измерений.

Нам трудно принять эту идею, потому что, когда мы пытаемся представить себе хотя бы одно дополнительное пространственное измерение — гораздо меньше шести или семи, мы ударяемся о кирпичную стену. Нет выхода за пределы этого, наш мозг не может этого понять.

Давайте представим, например, что вы находитесь в центре полой сферы. Расстояние между вами и каждой точкой на поверхности сферы одинаково. Теперь попробуйте двигаться в таком направлении, которое позволяет отойти от всех точек на поверхности сферы при сохранении равноудаленности от всех точек. Вы не сможете этого сделать. Вам просто некуда будет идти.

У Квадрата в плоской стране Флатландии были бы те же проблемы, если бы он был в середине круга. Он не может находиться в центре круга и двигаться в направлении, которое позволяет ему оставаться на равном расстоянии от каждой точки окружности, если он не будет перемещается в третье измерение. Увы, у нас нет четырехмерного эквивалента трехмерной сферы, тем не менее, попробуем представить другие измерения.

Куб в четырех измерениях — тессеракт

Ученые полагают, что четвертое непространственное измерение — это время, которое определяет свойства всех известных объектов в любой заданной точке. Наряду с тремя другими пространственными измерениями, знание положения объекта во времени необходимо для построения его положения во вселенной.

Другие измерения — это те, где более глубокие возможности вступают в игру, и объяснение их становится особенно сложными для физиков.

Согласно теории струн, в пятом и шестом измерениях возникает понятие возможных миров. Если бы мы смогли дойти до пятого измерения, то мы бы увидели мир, отличающийся от нашего, который дал бы нам возможность измерить сходство и различия между нашим миром и другими возможными мирами.

В шестом, мы бы увидели плоскость возможных миров, где мы могли бы сравнить и расположить все возможные вселенные, которые начинаются с теми же начальными условиями, что и наша (т. е. с момента Большого взрыва).

Теоретически, если бы мы могли освоить пятое и шестое измерения, мы могли бы путешествовать во времени в прошлое или перемещаться в будущее, в том числе и в другое будущее.

В седьмом измерении появляется доступ к возможным мирам, которые начинаются с разных начальных условий. Если в пятом и шестом измерениях начальные условия были одинаковыми, а последующие действия были разными, то здесь все отличается с самого начала времен.

Восьмое измерение снова дает нам план таких возможных вселенских историй, каждая из которых начинается с разных начальных условий и разветвляется бесконечно (именно поэтому они называются бесконечностями).

В девятом измерении мы можем сравнить все возможные истории вселенной, начиная со всех возможных законов физики и начальных условий. В десятом и последнем измерении мы достигаем точки, в которой охватывается все возможное и мыслимое.

Помимо этого, мы, простые смертные, не можем представить себе ничего, что делает это естественным ограничением того, что мы можем представить в терминах измерений.

Существование этих дополнительных шести измерений, согласно теории струн, объясняют фундаментальные природные взаимодействия. Тот факт, что мы можем воспринимать только четыре измерения пространства, можно объяснить одним из двух механизмов:

Дополнительные размеры компактифицированы в очень небольших масштабах микрокосмоса.
Наш мир может жить в трехмерном подмногообразии, соответствующем бране, на которой будут ограничены все известные частицы, кроме гравитации.

В теории струн и связанных с ней теориях, таких как теория супергравитации, брана — это объект, который обобщает понятие точечной частицы на более высокие измерения.

Браны — это динамические объекты, которые могут распространяться в пространстве-времени в соответствии с правилами квантовой механики. Они имеют массу и могут иметь другие атрибуты, такие как заряд.

Если дополнительные размеры компактифицированы, то дополнительные шесть измерений должны быть в форме многообразия Калаби–Яу*. Хотя это и незаметно для наших чувств, они бы управляли формированием Вселенной с самого начала.

Вот почему ученые считают, что вглядываясь назад во времени, используя телескопы, чтобы обнаружить свет из ранней вселенной (т. е. свет, излученный миллиарды лет назад), они могли бы увидеть, как существование этих дополнительных измерений могло повлиять на эволюцию космоса.

Если теория суперструн окажется верной, идея мира, состоящего из 10 или более измерений, — это то, с чем нам нужно будет смириться. Но будет ли когда-нибудь объяснение или визуальное представление более высоких измерений, которые действительно удовлетворят человеческий разум?

Ответ на этот вопрос пока может быть только такой — нет, такого объяснения не будет. Только если какая-то четырехмерная форма жизни не вытащит нас из нашего трехмерного пространства и не даст нам представление о мире с его точки зрения.

*В алгебраической геометрии многообразие Калаби – Яу, также известное как пространство Калаби – Яу, — это особый тип многообразия, обладающий такими свойствами, как плоскость Риччи, что дает применение в теоретической физике. В частности, в теории суперструн иногда предполагают, что дополнительные измерения пространства-времени принимают форму 6-мерного многообразия Калаби – Яу, что привело к идее зеркальной симметрии.

Двумерный срез шестимерного многообразия Калаби-Яу
Источник: https://en.wikiyy.com

Источник

How Many Dimensions Does the Universe Really Have?

Understanding A 10 Dimensional Universe

откуда нам известно, что Вселенной 13,8 млрд лет? / Хабр

Вы уже наверняка слышали, что Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад, и сформировала атомы, звёзды, галактики, и, наконец, планеты с нужным для появления жизни составом. Заглядывая в отдалённые места Вселенной, мы также заглядываем и назад во времени, и каким-то образом, благодаря возможностям физики и астрономии, мы вычислили не только, как началась Вселенная, но и её возраст. Но откуда нам известно, сколько ей лет? Именно такой вопрос и задаёт нам читатель:

Итан, как подсчитали это число в 13,8 млрд лет? (Только объясни понятным языком, пожалуйста!)

На самом деле есть два разных, независимых метода измерения этой величины, и хотя один из них гораздо точнее другого, в менее точном используется гораздо меньше предположений.

Более точный метод предлагает подумать о том, что Вселенная расширяется и охлаждается, а значит, в прошлом она была горячее и плотнее. Если возвращаться назад во времени, мы обнаружим, что в меньшей по объёму Вселенной не только вся материя располагалась ближе друг к другу, но и длины волн всех фотонов были короче, поскольку расширение Вселенной растянуло их до сегодняшнего состояния.

Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, коротковолновый фотон более энергичен и горяч. Чем дальше мы будем возвращаться во времени, тем выше будет температура, пока в какой-то момент мы не достигнем самых ранних этапов Большого взрыва. Важно: у горячего Большого взрыва был этап, который можно назвать самым ранним!

Если мы будем вести экстраполяцию в прошлое бесконечно, то достигнем сингулярности, в которой физика перестаёт работать. С нашим современным пониманием раннего состояния Вселенной мы знаем, что горячему и плотному Большому взрыву предшествовало состояние инфляции, и её длительность была неопределённой. Когда мы говорим о возрасте Вселенной, мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, когда Вселенную впервые можно было описывать через горячий Большой взрыв.

По законам Общей теории относительности, в такой Вселенной, как наша:

• с одинаковой плотностью на крупнейших масштабах,

• с одинаковыми законами и свойствами во всех местах,

• одинаковой по всем направлениям,

• с Большим взрывом, случившимся во всех местах одновременно,

существует уникальная связь между возрастом Вселенной и её расширением в течение жизни.

Иначе говоря, если мы сможем измерить, как Вселенная расширяется сегодня, и как она расширялась в течение жизни, мы точно вычислим, из каких компонентов она состоит. Нам это известно из множества различных наблюдений, а именно:

• Из прямых измерений яркости и расстояний до таких объектов Вселенной, как звёзды, галактики и сверхновые, которые позволяют нам построить космическую лестницу расстояний.

• Из измерений крупномасштабных структур, скоплений галактик и барионных акустических осцилляций.

• Из флуктуаций в фоновом излучении, в «фотографии» Вселенной, сделанной, когда ей было 380 000 лет.

Объединив всё это, мы получим Вселенную, в настоящий момент состоящую на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, и, в общем-то, всё. Но если добавить сегодняшние особенности расширения Вселенной, это можно экстраполировать назад и узнать всю историю расширения, и, следовательно, возраст Вселенной.

Получившееся число – точнее всего нам даёт его эксперимент Планк, но вносят свои коррективы и другие источники, вроде измерений сверхновых, телескоп Хаббла и Слоановский небесный цифровой обзор – оказывается равным 13,81 млрд лет, с погрешностью всего в 120 млн лет. Это значит, что в возрасте Вселенной мы уверены на 99,1%, что удивительно точно!

Да, различных данных, указывающих на это число, у нас много, но на самом деле это один метод. Нам просто повезло, что существует непротиворечивая картинка, на которую указывают все данные, но каждого из этих ограничений по отдельности недостаточно, чтобы сказать: «Вселенная именно такая». Вместо этого все они предлагают набор возможностей, и о том, где мы живём, говорит место их пересечений.

Если бы у Вселенной сегодня были абсолютно те же свойства, но она состояла бы на 100% из нормальной материи, без тёмной материи и тёмной энергии, то ей было бы всего 10 млрд лет. Если бы во Вселенной было 5% нормальной материи (без тёмной материи и тёмной энергии), а константа Хаббла равнялась бы 50 км/с/Мпс вместо 70км/с/Мпс, то Вселенной было бы 16 млрд лет. Но, комбинируя все известные данные, мы с уверенностью можем заявить, что 13,81 млрд лет – это возраст Вселенной с небольшой погрешностью. Это удивительное достижение науки.

И всё это в целом даёт один метод. Это главный, лучший, наиполнейший метод, с огромным количеством различных доказательств. Но есть и ещё один факт, удивительно полезный для проверки наших результатов.

Мерцание звёзд – доказательство их переменчивости из-за уникального отношения периода мерцания к яркости.

Это факт нашего понимания того, как звёзды живут, сжигают своё топливо и умирают. Конкретнее, мы знаем, что у всех звёзд, когда они живы и сжигают своё главное топливо (синтезируют гелий из водорода), есть определённая яркость и цвет, и они сохраняют эти яркость и цвет определённый промежуток времени: пока в их ядрах не начинает заканчиваться горючее.

В этот момент яркие, голубые и более массивные звёзды начинают «выключаться» из главной последовательности (кривой на диаграмме цвета и величины), превращаясь в гигантов и/или сверхгигантов.

Посмотрев, где находится эта точка «выключения» для скопления звёзд, появившихся примерно в одно и то же время, мы можем подсчитать – зная, как работают звёзды – сколько лет звёздам в кластере. Рассматривая самые старые шаровые скопления, где содержится меньше всего тяжёлых элементов, и чьи выключения случаются со звёздами наименьшей массы, мы обнаруживаем, что их возраст весьма последовательно оказывается равным 13,2 млрд лет, но не более того (имейте в виду, что в этом случае погрешность довольно велика, порядка миллиарда лет).

Возраст самых древних из известных шаровых скоплений подходит к 95% возраста Вселенной.

Довольно часто встречается возраст в 12 млрд лет, но возрасты порядка 14 млрд лет и более не встречаются никогда, хотя в 1990-х часто упоминали о возрастах в 14-16 млрд лет. Улучшение понимания работы звёзд и их эволюции снизило эти цифры.

В общем, у нас есть два метода – один из космической истории, а второй – из измерения локальных звёзд – показывающих, что возраст нашей Вселенной находится в промежутке от 13 до 14 млрд лет. Никого бы не удивило, если бы нам оказалось 13,6 млрд или 14,0 млрд, но можно с большой точностью заявить, что нам не 13,0 или 15,0 млрд лет. Говорите с уверенностью, что нам 13,8 млрд лет – теперь вы знаете, как мы это подсчитали!

Параллельная реальность. Что ученые узнали о других вселенных

https://ria.ru/20220703/multivselennaya-1799609599.html

Параллельная реальность. Что ученые узнали о других вселенных

Параллельная реальность. Что ученые узнали о других вселенных — РИА Новости, 04.07.2022

Параллельная реальность. Что ученые узнали о других вселенных

В научных статьях по космологии постоянно встречается термин «наша Вселенная». Оказывается, ученые всерьез рассматривают возможность существования и других —… РИА Новости, 04.07.2022

2022-07-03T08:00

2022-07-04T12:05

наука

космос — риа наука

физика

вселенная

бозон хиггса

астрофизика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/06/1e/1799313296_0:0:1920:1080_1920x0_80_0_0_b902cd9ea76a1668266c886e493d96dc.jpg

МОСКВА, 3 июл — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. В научных статьях по космологии постоянно встречается термин «наша Вселенная». Оказывается, ученые всерьез рассматривают возможность существования и других — предшествующих нашей, или параллельных, состоящих из антивещества, или таких, в которых время движется вспять. Все это подкреплено серьезными физико-математическими выкладками. О различных моделях мироздания и новых данных, полученных в последнее время, — в материале РИА Новости.Наша ВселеннаяСовременная физика не исключает того, что вселенная, в которой мы живем, — не единственная. Поэтому ученые на всякий случай договорились писать слово «вселенная» с прописной буквы, когда речь идет о нашем пространстве-времени, и со строчной — в остальных случаях.По расчетам космологов, Вселенная образовалась 13,77 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва бесконечно малого объема высококонцентрированной материи. С тех пор она постоянно расширяется со скоростью, равной постоянной Хаббла, и это один из фундаментальных физических параметров.Исходя из объема всего видимого и невидимого материала, который можно обнаружить каким-либо образом, сегодня протяженность Вселенной от края до края — около 93 миллиардов световых лет. То, что находится за этим пределом, одни ученые называют «бесконечным небытием», другие считают, что пространство-время замыкается само на себя, образуя гиперсферу. На это, в частности, указывают отклонения в космическом микроволновом фоне — реликтовом электромагнитном излучении, возникшем примерно через 375 тысяч лет после Большого взрыва, когда сформировались первые атомы.При этом исследователи сходятся на том, что раньше Вселенная была намного меньше, и чисто теоретически, отслеживая ее эволюцию в обратном направлении, можно дойти до точки Большого взрыва, когда все возникло из ничего.До нашей ВселеннойСогласно общепринятой теории космологии, Вселенная образовалась из сингулярности — когда материя и энергия были сжаты в одну точку. В первые доли секунды Большого взрыва, в период, называемый инфляцией, космос раздулся до огромных размеров. Что было до сингулярности, теория не объясняет, к тому же нет физико-математического описания самого этого состояния.Придерживающиеся циклической модели ученые считают, что нашей Вселенной предшествовала какая-то другая. Возможно, похожая на нашу, но эволюционировавшая в обратном направлении. Со временем она сжалась в точку. И произошел Большой взрыв.Конформная циклическая модель предполагает, что наша Вселенная — лишь один из этапов жизни множественной вселенной, которая проходит через бесконечное множество циклов. В течение каждого из них она охлаждается и расширяется до тех пор, пока массы всех ее материальных частиц не уменьшатся до нуля. Продолжительность цикла — триллионы лет.Американские ученые из Университета штата Пенсильвания с 1980-х разрабатывают альтернативную модель Большого отскока, согласно которой расширяющаяся Вселенная возникла в результате распада сверхсжатой вселенной предыдущей фазы. Используя математический аппарат, объединяющий квантовую механику и теорию относительности, теоретики продемонстрировали, что неоднородность реликтового излучения — результат неизбежных квантовых флуктуаций, возникающих при таком переходе.Есть и более экзотические гипотезы. Например, о том, что наша Вселенная — это белая дыра, то есть гипотетическая задняя часть черной дыры другой вселенной. С той стороны материю всасывает, с этой — выбрасывает. Большинство физиков убеждены, что белых дыр быть не может, поскольку это нарушает второй закон термодинамики. Тем не менее уравнения общей теории относительности допускают их существование при условии обратного течения времени. Есть математические доказательства того, что Большой взрыв мог возникнуть на месте сверхмассивной белой дыры.Вселенная никогда не начиналасьПрактически все концепции, независимо от того, рассматривают они Вселенную как самостоятельную систему или как элемент сложного циклического процесса, исходят из того, что вначале была сингулярность. В качестве контраргумента некоторые ученые приводят довод, что такое состояние невозможно даже в теории. Материя мира не способна сжаться до бесконечно малой точки, в которой к тому же не существует времени. В современной физике пространство и время непрерывны, это гладкая ткань, лежащая в основе реальности. В таком пространственно-временном континууме две точки могут быть бесконечно близко друг к другу, но никогда не совпадут.Британские ученые Бруно Валейшо Бенту и Став Залель предложили для описания Вселенной использовать теорию причинных множеств — квантовый подход, когда пространство-время — не непрерывность, а совокупность дискретных фрагментов. В качестве аналогии они приводят экран монитора, изображение на котором выглядит гладким и непрерывным, а на самом деле состоит из отдельных пикселей. При этом невозможно достичь такого увеличения, чтобы один пиксель слился с соседним или распался на части.Теория причинных множеств понимает сингулярность как единичный квант, или атом вселенной, из которого образовались все остальные. При этом получается, что уникального стартового момента мироздания не было, а физический мир в том или ином виде существовал всегда.Зеркальная вселеннаяПисатели-фантасты нередко пользуются образом зеркальной вселенной, понимая под этим параллельный мир, где можно встретить своего двойника или изменить личную судьбу. Концепция зеркальной вселенной есть и в теоретической космологии.В физических экспериментах все частицы возникают вместе с античастицами. Поэтому ученых давно смущает то, что Вселенная состоит в основном из материи, а антивещества практически нет. Для объяснения такой асимметрии в 1990-х космологи выдвинули гипотезу о том, что вместе с нашей «материальной» Вселенной образовалась ее зеркальная пара, заполненная антиматерией. Позднее ученые доказали, что в каждой из этих вселенных свое время, совпадающее с ростом энтропии, но общее его направление сохраняется. Так что гипотеза зеркальных вселенных вполне согласуется с физической теорией и не противоречит второму закону термодинамики.В недавней статье канадские и британские ученые развили эту концепцию, предположив, что время симметрично течет в обе стороны, а вселенная до Большого взрыва — это «антиверсия» нашей Вселенной. Такая модель объясняет многие нерешенные вопросы физики, связанные с осцилляциями нейтрино, темной энергией, темной материей и отсутствием сильных гравитационных волн в космосе.По мнению авторов, темная материя — это стерильные нейтрино, образовавшиеся при Большом взрыве подобно хокинговскому излучению черной дыры. А энергия гравитационных волн, которые должны были бы до сих пор сотрясать наш мир, ушла на разделение двух вселенных.Американские физики из Университета Нью-Мексико и Калифорнийского университета в Дейвисе считают, что с помощью концепции зеркальной вселенной можно решить и проблему несоответствия между различными измерениями постоянной Хаббла. Они обнаружили, что при изменении в космологических моделях скорости расширения Вселенной другие константы, такие как скорость гравитационного свободного падения или фотон-электронного рассеяния, остаются неизменными. Подобная инвариантность, по мнению исследователей, подразумевает существование расширяющейся зеркальной вселенной, уравновешивающей нашу через слабое гравитационное притяжение.МультивселеннаяИнфляционная модель, предложенная в 1981-м американским ученым Аланом Гутом и развитая советскими астрофизиками Алексеем Старобинским, Андреем Линде и Вячеславом Мухановым, предполагает, что при физическом расширении на ранней стадии Большого взрыва образовалась сеть вселенных, похожая на сцепленные между собой мыльные пузыри. Мы живем внутри одного из них, не имея никакой возможности увидеть, что происходит в других.Теорию Мультивселенной нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Но она открывает широкие перспективы для новых теоретических построений — за это ее и любят ученые. Например, в рамках этой гипотезы физики из Франции и Швейцарии объяснили, почему полученная в экспериментах масса бозона Хиггса втрое меньше, чем предсказанная Стандартной моделью. Ученые считают, что изначально распределение бозонов между разными частями Мультивселенной было неоднородным. Области, содержащие тяжелые частицы, из-за внутренних сил разрушались за доли секунды. А наша Вселенная с легким бозоном Хиггса существует до сих пор.

https://ria.ru/20210831/zvezdy-1747834094.html

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2022

Владислав Стрекопытов

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Анимация, иллюстрирующая ускоряющееся расширение Вселенной

2022-07-03T08:00

true

PT0M15S

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e6/06/1e/1799313296_480:0:1920:1080_1920x0_80_0_0_9d364263bea57d70fb983ec9451c8d70.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Владислав Стрекопытов

космос — риа наука, физика, вселенная, бозон хиггса, астрофизика

Наука, Космос — РИА Наука, Физика, Вселенная, бозон Хиггса, астрофизика

МОСКВА, 3 июл — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. В научных статьях по космологии постоянно встречается термин «наша Вселенная». Оказывается, ученые всерьез рассматривают возможность существования и других — предшествующих нашей, или параллельных, состоящих из антивещества, или таких, в которых время движется вспять. Все это подкреплено серьезными физико-математическими выкладками. О различных моделях мироздания и новых данных, полученных в последнее время, — в материале РИА Новости.

Наша Вселенная

Современная физика не исключает того, что вселенная, в которой мы живем, — не единственная. Поэтому ученые на всякий случай договорились писать слово «вселенная» с прописной буквы, когда речь идет о нашем пространстве-времени, и со строчной — в остальных случаях.

По расчетам космологов, Вселенная образовалась 13,77 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва бесконечно малого объема высококонцентрированной материи. С тех пор она постоянно расширяется со скоростью, равной постоянной Хаббла, и это один из фундаментальных физических параметров.

Исходя из объема всего видимого и невидимого материала, который можно обнаружить каким-либо образом, сегодня протяженность Вселенной от края до края — около 93 миллиардов световых лет. То, что находится за этим пределом, одни ученые называют «бесконечным небытием», другие считают, что пространство-время замыкается само на себя, образуя гиперсферу.

На это, в частности, указывают отклонения в космическом микроволновом фоне — реликтовом электромагнитном излучении, возникшем примерно через 375 тысяч лет после Большого взрыва, когда сформировались первые атомы.

При этом исследователи сходятся на том, что раньше Вселенная была намного меньше, и чисто теоретически, отслеживая ее эволюцию в обратном направлении, можно дойти до точки Большого взрыва, когда все возникло из ничего.

Карта анизотропии реликтового излучения Вселенной по данным спутника WMAP. Красные цвета означают более горячие области, синие — более холодные

До нашей Вселенной

Согласно общепринятой теории космологии, Вселенная образовалась из сингулярности — когда материя и энергия были сжаты в одну точку. В первые доли секунды Большого взрыва, в период, называемый инфляцией, космос раздулся до огромных размеров. Что было до сингулярности, теория не объясняет, к тому же нет физико-математического описания самого этого состояния.

Придерживающиеся циклической модели ученые считают, что нашей Вселенной предшествовала какая-то другая. Возможно, похожая на нашу, но эволюционировавшая в обратном направлении. Со временем она сжалась в точку. И произошел Большой взрыв.

Конформная циклическая модель предполагает, что наша Вселенная — лишь один из этапов жизни множественной вселенной, которая проходит через бесконечное множество циклов. В течение каждого из них она охлаждается и расширяется до тех пор, пока массы всех ее материальных частиц не уменьшатся до нуля. Продолжительность цикла — триллионы лет.

Американские ученые из Университета штата Пенсильвания с 1980-х разрабатывают альтернативную модель Большого отскока, согласно которой расширяющаяся Вселенная возникла в результате распада сверхсжатой вселенной предыдущей фазы. Используя математический аппарат, объединяющий квантовую механику и теорию относительности, теоретики продемонстрировали, что неоднородность реликтового излучения — результат неизбежных квантовых флуктуаций, возникающих при таком переходе.

Эволюция Вселенной

Есть и более экзотические гипотезы. Например, о том, что наша Вселенная — это белая дыра, то есть гипотетическая задняя часть черной дыры другой вселенной. С той стороны материю всасывает, с этой — выбрасывает. Большинство физиков убеждены, что белых дыр быть не может, поскольку это нарушает второй закон термодинамики. Тем не менее уравнения общей теории относительности допускают их существование при условии обратного течения времени. Есть математические доказательства того, что Большой взрыв мог возникнуть на месте сверхмассивной белой дыры.

Вселенная никогда не начиналась

Практически все концепции, независимо от того, рассматривают они Вселенную как самостоятельную систему или как элемент сложного циклического процесса, исходят из того, что вначале была сингулярность. В качестве контраргумента некоторые ученые приводят довод, что такое состояние невозможно даже в теории. Материя мира не способна сжаться до бесконечно малой точки, в которой к тому же не существует времени. В современной физике пространство и время непрерывны, это гладкая ткань, лежащая в основе реальности. В таком пространственно-временном континууме две точки могут быть бесконечно близко друг к другу, но никогда не совпадут.

Британские ученые Бруно Валейшо Бенту и Став Залель предложили для описания Вселенной использовать теорию причинных множеств — квантовый подход, когда пространство-время — не непрерывность, а совокупность дискретных фрагментов.

В качестве аналогии они приводят экран монитора, изображение на котором выглядит гладким и непрерывным, а на самом деле состоит из отдельных пикселей. При этом невозможно достичь такого увеличения, чтобы один пиксель слился с соседним или распался на части.

Теория причинных множеств понимает сингулярность как единичный квант, или атом вселенной, из которого образовались все остальные. При этом получается, что уникального стартового момента мироздания не было, а физический мир в том или ином виде существовал всегда.

31 августа 2021, 08:00Наука

Из другого измерения. Ученые оценили возможность существования антизвезд

Зеркальная вселенная

Писатели-фантасты нередко пользуются образом зеркальной вселенной, понимая под этим параллельный мир, где можно встретить своего двойника или изменить личную судьбу. Концепция зеркальной вселенной есть и в теоретической космологии.

В физических экспериментах все частицы возникают вместе с античастицами. Поэтому ученых давно смущает то, что Вселенная состоит в основном из материи, а антивещества практически нет. Для объяснения такой асимметрии в 1990-х космологи выдвинули гипотезу о том, что вместе с нашей «материальной» Вселенной образовалась ее зеркальная пара, заполненная антиматерией.

Позднее ученые доказали, что в каждой из этих вселенных свое время, совпадающее с ростом энтропии, но общее его направление сохраняется. Так что гипотеза зеркальных вселенных вполне согласуется с физической теорией и не противоречит второму закону термодинамики.

Противонаправленное течение времени в зеркальных вселенных

В недавней статье канадские и британские ученые развили эту концепцию, предположив, что время симметрично течет в обе стороны, а вселенная до Большого взрыва — это «антиверсия» нашей Вселенной. Такая модель объясняет многие нерешенные вопросы физики, связанные с осцилляциями нейтрино, темной энергией, темной материей и отсутствием сильных гравитационных волн в космосе.

По мнению авторов, темная материя — это стерильные нейтрино, образовавшиеся при Большом взрыве подобно хокинговскому излучению черной дыры. А энергия гравитационных волн, которые должны были бы до сих пор сотрясать наш мир, ушла на разделение двух вселенных.

Американские физики из Университета Нью-Мексико и Калифорнийского университета в Дейвисе считают, что с помощью концепции зеркальной вселенной можно решить и проблему несоответствия между различными измерениями постоянной Хаббла. Они обнаружили, что при изменении в космологических моделях скорости расширения Вселенной другие константы, такие как скорость гравитационного свободного падения или фотон-электронного рассеяния, остаются неизменными. Подобная инвариантность, по мнению исследователей, подразумевает существование расширяющейся зеркальной вселенной, уравновешивающей нашу через слабое гравитационное притяжение.

Мультивселенная

Инфляционная модель, предложенная в 1981-м американским ученым Аланом Гутом и развитая советскими астрофизиками Алексеем Старобинским, Андреем Линде и Вячеславом Мухановым, предполагает, что при физическом расширении на ранней стадии Большого взрыва образовалась сеть вселенных, похожая на сцепленные между собой мыльные пузыри. Мы живем внутри одного из них, не имея никакой возможности увидеть, что происходит в других.

Теорию Мультивселенной нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Но она открывает широкие перспективы для новых теоретических построений — за это ее и любят ученые. Например, в рамках этой гипотезы физики из Франции и Швейцарии объяснили, почему полученная в экспериментах масса бозона Хиггса втрое меньше, чем предсказанная Стандартной моделью.

Ученые считают, что изначально распределение бозонов между разными частями Мультивселенной было неоднородным. Области, содержащие тяжелые частицы, из-за внутренних сил разрушались за доли секунды. А наша Вселенная с легким бозоном Хиггса существует до сих пор.

Ваш браузер не поддерживает данный формат видео.

Сколько атомов во Вселенной? | New-Science.ru

Не секрет, что вселенная — чрезвычайно обширное место. То, что мы можем наблюдать (известное как «известная вселенная»), оценивается примерно в 93 миллиарда световых лет. Это довольно внушительное число, особенно если учесть, что это только то, что мы наблюдали до сих пор. И учитывая огромный объем этого пространства, можно было бы ожидать, что количество вещества, содержащегося в нем, будет столь же впечатляющим.

Но что интересно, именно когда вы смотрите на этот вопрос в самых маленьких масштабах, цифры становятся самыми ошеломляющими. Например, считается, что в нашей наблюдаемой вселенной существует от 120 до 300 секстиллионов (то есть от 1,2 x 10 2 до 3,0 x 10 2) звезд. Но при ближайшем рассмотрении в атомном масштабе цифры становятся еще более немыслимыми.

На этом уровне считается, что в известной наблюдаемой вселенной существует от 10 ⁷⁸ до 10 ⁸² атомов. С точки зрения непрофессионала, это получается между десятью квадриллионными атомами вининтиллиона.

Тем не менее эти цифры не совсем точно отражают, сколько материи действительно может вместить вселенная. Как уже говорилось, эта оценка учитывает только наблюдаемую вселенную, которая достигает 46 миллиардов световых лет в любом направлении, и основана на том, где расширение пространства охватило самые отдаленные наблюдаемые объекты.

История Вселенной начинается с Большого взрыва.

Немецкий суперкомпьютер провел симуляцию и оценил, что в пределах диапазона наблюдения существует около 500 миллиардов галактик, более консервативная оценка оценивает их в 300 миллиардов. Поскольку число звезд в галактике может доходить до 400 миллиардов, то общее число звезд вполне может быть около 1,2 × 10 23 — или чуть более 100 секстиллионов.

В среднем каждая звезда может весить около 10 ³⁵ грамм. Таким образом, общая масса будет около 10 ⁵⁸ граммов (это 1,0 x 10 ⁵² метрических тонн). Поскольку известно, что на каждый грамм вещества приходится около 10 ²⁴ протонов или примерно одинаковое количество атомов водорода (поскольку один атом водорода имеет только один протон), то общее число атомов водорода будет примерно 10 ⁸⁶ — иначе сто тысяч квадриллионов вигинтиллионов.

В пределах этой наблюдаемой вселенной это вещество равномерно распространяется по всему пространству, по крайней мере, при усреднении по расстояниям, превышающим 300 миллионов световых лет. В меньших масштабах, однако, наблюдается образование материи в пучки иерархически организованной светящейся материи, с которой мы все знакомы.

Короче говоря, большинство атомов сконденсировано в звезды, большинство звезд сконденсировано в галактики, большинство галактик — в скопления, большинство скоплений — в сверхскопления и, наконец, в структуры самого большого масштаба, такие как Великая стена галактик (или Великая стена Слоана), В меньшем масштабе эти скопления пронизаны облаками пылевых частиц, газовыми облаками, астероидами и другими небольшими скоплениями звездного вещества.

Представление временной шкалы Вселенной за 13,7 миллиарда лет и последующего расширения Вселенной. Предоставлено: НАСА / Научная команда WMAP.

Наблюдаемое вещество Вселенной также распространяется изотропно; Это означает, что ни одно направление наблюдения не отличается от любого другого, и каждая область неба имеет примерно одинаковое содержание. Вселенная также омывается волной высокоизотропного микроволнового излучения, которое соответствует тепловому равновесию примерно 2,725 Кельвина (чуть выше абсолютного нуля).

Гипотеза о том, что крупномасштабная вселенная однородна и изотропна, известна как космологический принцип. Это говорит о том, что физические законы действуют равномерно по всей вселенной и, следовательно, не должны приводить к заметным нарушениям в крупномасштабной структуре. Эта теория была подкреплена астрономическими наблюдениями, которые помогли наметить эволюцию структуры вселенной, так как она была первоначально заложена Большим взрывом.

Текущий консенсус среди ученых состоит в том, что подавляющее большинство материи было создано в этом событии, и что расширение Вселенной с тех пор не добавило новую материю в уравнение. Скорее, считается, что то, что происходило в течение последних 13,7 миллиарда лет, было просто расширением или рассеянием первоначально созданных масс. То есть, во время этого расширения не было добавлено никакого количества вещества, которого не было в начале.

Однако эквивалентность массы и энергии Эйнштейном представляет небольшое усложнение этой теории. Это является следствием специальной теории относительности , в которой добавление энергии к объекту увеличивает его массу постепенно. Между всеми слиянием и делением атомы регулярно превращаются из частиц в энергии и обратно.

Плотность атомов больше слева (начало эксперимента), чем 80 миллисекунд после симулированного Большого взрыва. Предоставлено: Чен-Лунг Хунг.

Тем не менее в больших масштабах общая плотность вещества во Вселенной остается неизменной во времени. Присутствует плотность наблюдаемой Вселенной оценивается как очень низкая — примерно 9,9 × 10- ³⁰ грамм на кубический сантиметр. Эта массовая энергия состоит из 68,3% темной энергии, 26,8% темной материи и только 4,9% обычной (светящейся) материи. Таким образом, плотность атомов составляет порядка одного атома водорода на каждые четыре кубических метра объема.

Свойства темной энергии и темной материи в значительной степени неизвестны и могут быть равномерно распределены или организованы в сгустки, подобные нормальной материи. Тем не менее считается, что темная материя тяготеет, как обычная материя, и, таким образом, работает, чтобы замедлить расширение Вселенной. Напротив, темная энергия ускоряет свое расширение.

Еще раз, это число — приблизительная оценка. Когда используется для оценки общей массы Вселенной, она часто не соответствует тому, что предсказывают другие оценки. И, в конце концов, мы видим лишь меньшую часть целого.

Время закончится через пять миллиардов лет, предсказывают физики

Наша Вселенная существует почти 14 миллиардов лет, и, по мнению большинства людей, Вселенная должна существовать еще миллиарды лет.

Но, согласно новой статье, существует одна теория происхождения Вселенной, которая предсказывает, что само время закончится всего через пять миллиардов лет — по совпадению, как раз в то время, когда нашему солнцу суждено умереть.

Предсказание исходит из теории вечной инфляции, согласно которой наша вселенная является частью мультивселенной. Эта обширная структура состоит из бесконечного числа вселенных, каждая из которых может породить бесконечное количество дочерних вселенных. (См.: «Новое доказательство того, что неизвестные «структуры» тянут нашу Вселенную».)

Проблема с мультивселенной заключается в том, что все, что может произойти, произойдет бесконечное количество раз, и это делает расчет вероятностей — например, вероятность того, что планеты размером с Землю распространены — кажется невозможным.

«Обычные представления о вероятности — когда вы говорите, что событие А происходит дважды, а событие Б — четыре раза, значит, событие Б в два раза более вероятно, — не работают, потому что вместо двух и четырех получается бесконечность, — сказал Кен. Олум из Университета Тафтса в Массачусетсе, который не участвовал в исследовании.

И вычисление вероятностей в мультивселенной будет проблемой не только для космологов.

«Если бесконечно много наблюдателей во всей вселенной выигрывают в лотерею, то на каком основании можно утверждать, что выигрыш в лотерею маловероятен?» физик-теоретик Рафаэль Буссо из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги пишут в новом исследовании.

Физики обходят эту проблему, используя математический подход, называемый геометрическими отсечками, который включает в себя выбор конечной полосы мультивселенной и вычисление вероятностей на основе этой ограниченной выборки.

Но в новой статье, опубликованной в прошлом месяце на веб-сайте Корнельского университета arXiv.org, команда Буссо отмечает, что этот метод имеет непреднамеренное и до сих пор упускаемое из виду последствие.

«Вы не можете использовать [обрезки] как простые математические инструменты, которые не оставляют отпечатков», — сказал Буссо. «То же самое отсечение, которое дало вам эти хорошие и, возможно, верные прогнозы, также предсказывает конец времени.

«Другими словами, если вы используете отсечение для вычисления вероятностей вечной инфляции, само отсечение» — и, следовательно, конец времени — «становится событием, которое может произойти» 9. 0003

Вселенная — это один пузырь в кипящем котле

Несмотря на эту странную морщинку, Буссо и его коллеги считают, что вечная инфляция — это верная концепция. Большинство лежащих в основе теории научных предположений, таких как теории относительности Альберта Эйнштейна, «все кажутся безобидными, и трудно понять, что может их заменить», — сказал Буссо.

(См. «Подтверждение гравитации Эйнштейна в космическом масштабе».)

На самом деле, многие физики считают, что вечная инфляция является естественным продолжением теории инфляции, которая решила некоторые проблемы исходной теории большого взрыва.

Согласно ранним моделям Большого взрыва, группы материи, которые сейчас находятся на противоположных концах дальних уголков Вселенной, находятся слишком далеко друг от друга, чтобы когда-либо соприкасаться друг с другом. Это означает, что ранняя Вселенная должна была быть комковатой.

Более того, с такой скоростью, с которой сейчас расширяется наша Вселенная, ее общая форма должна была со временем искривиться. Кроме того, в начальный момент творения Вселенная должна была быть заполнена тяжелыми стабильными частицами, называемыми магнитными монополями.

Но наблюдения за излучением, оставшимся после Большого взрыва, за последние несколько лет говорят об обратном: ранняя Вселенная была однородной, форма нынешней Вселенной плоская, а магнитные монополи никогда не наблюдались окончательно.

Стандартная теория инфляции объясняет все это, говоря, что Вселенная испытала период чрезвычайно быстрого расширения в первые несколько мгновений, в конечном итоге выровнявшись, чтобы создать плоскую, однородную Вселенную, которую мы видим сегодня.

Вечная инфляция — это следующий шаг в теории инфляции, который позволяет ученым избежать некоторых других сложных вопросов космологии, например, что существовало до нашей Вселенной (ответ: другие вселенные) и почему наша Вселенная обладает свойствами, приспособленными для жизни (ответ: все возможно).

(см. также «Каждая черная дыра содержит другую вселенную?»)

«Хотя у нас нет теории [объясняющей самые ранние моменты существования Вселенной], у нас есть довольно хорошие идеи о том, как будет выглядеть такая теория. как… и эти идеи, кажется, обязательно включают другие вселенные», — сказал Чарльз Лайнуивер, астрофизик из Австралийского национального университета, который не был членом исследовательской группы.

«Хорошей аналогией было бы то, что наши теории предсказывают кипящий котел с водой, а происхождение нашей Вселенной — это образование одного из пузырей на дне котла. Теория настоятельно предполагает существование других пузырей, потому что когда вы кипятите воду, вы никогда не получите только один пузырь».

Время подходит к концу?

Но вечная инфляция все еще не идеальна, как показывает проблема с вероятностями в мультивселенной.

Если вероятности должны работать в мультивселенной, должны быть фактические ограничения, которые приводят различные вселенные к своему концу, говорит руководитель исследования Буссо. Согласно формулам, используемым для расчета порогов, Вселенная возрастом 13,7 миллиардов лет достигнет своего предела примерно через 5 миллиардов лет, заключает его команда.

Для большинства людей идея о том, что математический инструмент можно возвысить до реального события, может показаться странной, но в физике есть прецеденты для этого.

Например, Олум из Университета Тафтса сказал, что было время, когда многие физики сопротивлялись идее, что протоны — субатомные частицы с положительным зарядом — сами состоят из более мелких частиц, называемых кварками. (См. также: «Протон меньше мыслимого — может переписать законы физики».)

Математически кварки помогают объяснить так называемое сильное взаимодействие в ядре атома, а в реальном мире «странных частиц, обнаруженных в ускорителях.

«Люди говорили, что эта идея о том, что внутри протона есть частицы, которые никогда не смогут выбраться наружу и которые мы никогда не сможем увидеть по отдельности, безумна», — сказал Олум. «Было долгое время, когда люди думали, что кварки — это просто полезный инструмент для вычислений, но на самом деле они не верили в них. Однако сегодня все верят, что кварки — это настоящие фундаментальные частицы».

Точно так же, если теоретики верят в вечную инфляцию, они либо должны верить в то, что отсечки не являются действительными методами вычисления вероятностей, либо что отсечки — это реальные события, которые предсказывают конец времени, говорят Буссо и его коллеги.

Как будет выглядеть отсечка в реальном мире и какую форму примет конец времени, пока неясно, говорит команда. Если это произойдет, то, вероятно, будет внезапным и неожиданным.

И даже если бы люди могли видеть приближающуюся отсечку, мы почти наверняка не наблюдали бы ее с Земли.

Ученые считают, что наше Солнце — ныне звезда среднего возраста, возраст которой составляет около 4,57 миллиардов лет, — достигнет конца своей жизни примерно через пять миллиардов лет. В этот момент у Солнца закончится топливо в его ядре, и оно начнет сбрасывать внешние слои газа, расширяясь, превращаясь в красного гиганта и, в конечном итоге, в планетарную туманность.

Точная судьба Земли во время этого события неясна, но мало кто из ученых станет утверждать, что жизнь на планете могла пережить смерть Солнца.

Конец Времени Неизбежен

Хотя Лайнуивер из Австралийского Национального Университета согласен с тем, что вычисление вероятностей в вечной мультивселенной проблематично, он не думает, что предсказание реального отсечения является решением.

«Я никогда ничего не исключаю полностью, но я не отношусь к этому очень серьезно», — сказал Лайнуивер. «Я собираюсь более серьезно отнестись к сомнению предположений [о вечной инфляции]».

Олум из Университета Тафтса также считает, что физики не должны считать конец времени неизбежным.

«Никто не знает, почему [вечная инфляция] должна быть неправильной, но никто точно не знает, почему время должно прийти к концу. Для меня эти вещи равны», — сказал он.

(Также см.: «Существование Вселенной может быть объяснено новым материалом».)

Помимо инфляции, в физике существует множество теорий о том, как может закончиться космос. Например, при «большом сжатии» Вселенная обратит свое текущее расширение вспять и сожмется в черную дыру.

Еще есть теория «тепловой смерти», согласно которой Вселенная расширяется вечно, пока не достигнет состояния теплового равновесия, в котором ничего не может произойти.

Еще одна идея называется большой разрыв, в котором ускоренное расширение Вселенной в конечном итоге разрывает всю материю, атом за атомом. (См. также «Эйнштейн и не только» в журнале National Geographic.)

Если теория вечной инфляции верна, то даже когда наша Вселенная перестанет существовать, большая мультивселенная продолжит свое существование.

Какой бы сценарий ни казался наиболее правдоподобным, «нет необходимости продавать свои акции, потому что через пять миллиардов лет Вселенной придет конец», — сказал Олум.

И «в любом случае, у нас есть много времени, чтобы сделать историю правильно.»

Конец Вселенной?

Вселенная

Каждая известная звезда во Вселенной образовала эпоху звездообразования, называемую Звездной эрой
Вселенная в конечном итоге израсходует весь свой запас материала для звездообразования, и звездообразование прекратится 90–100
Через много триллионов лет последняя звезда сгорит, и останутся только звездные остатки
Звездные остатки перестанут существовать через много триллионов лет, оставив после себя вселенную, наполненную только радиацией

Вселенная существует 13,8 миллиарда лет, с момента Большого взрыва до наших дней. Это может показаться долгим, но Вселенная все еще молода по сравнению с тем, как долго она, вероятно, будет существовать. Это может показаться странным, но однажды Вселенная перестанет существовать. Через много триллионов лет сами звезды выгорят, оставив после себя множество звездных остатков, таких как нейтронные звезды, белые карлики и черные дыры. Триллионы и триллионы лет после того, как погаснет последняя звезда; даже звездные остатки будут медленно распадаться, пока во Вселенной не останется ничего, кроме бесконечного моря излучения. Когда и как это произойдет?

Звездная эра

Графика, показывающая историю Вселенной от Большого взрыва до наших дней, НАСА

. Наша Солнечная система и большинство звезд, которые мы можем видеть, сформировались в эпоху космической истории, называемую Звездной эрой. Звёздная эра — это период, когда во всём космосе происходит звездообразование. Эта эра началась примерно через миллион лет после Большого взрыва и продлится еще около 100 триллионов лет. Хотя 100 триллионов лет кажутся долгим сроком, Звездоносная эра будет одной из самых коротких эр Вселенной. Учитывая, что звездная эра определяется как эпоха, когда во всем космосе происходит звездообразование, ее конец определяется как прекращение звездообразования. Идея полного прекращения звездообразования может показаться странной, но она неизбежна, учитывая, что Вселенная содержит конечное количество пригодного для использования водорода. Поскольку звезды используют водород для формирования и эволюции, они постепенно превращают водород в более тяжелые элементы. В конце концов, весь пригодный для использования водород будет слит в более тяжелые элементы, а это означает, что звездообразование постепенно замедлится, а затем остановится. Самые массивные звезды исчезнут первыми, так как их более высокие температуры плавят водород быстрее, чем звезды с малой массой. В конце концов, все самые яркие звезды во Вселенной сгорят во время мощных взрывов сверхновых. Они оставят после себя много звездных остатков, таких как нейтронные звезды, пульсары и черные дыры. Когда все звезды с большой массой станут сверхновыми, останутся только более тусклые звезды с малой массой. Следующими будут звезды среднего размера, такие как наше Солнце. Последними звездами, которые будут существовать во Вселенной, будут красные карлики, чья скорость синтеза водорода настолько мала, что они будут продолжать светить в течение многих триллионов лет после того, как сгорели все остальные звезды. В конце концов, они тоже сгорят до тех пор, пока не перестанет существовать самая последняя звезда во Вселенной. Примерно через 100 триллионов лет Вселенная, какой мы ее видим, перестанет существовать, но вселенная будет далека от смерти. Вместо этого остатки звезд будут по-прежнему излучать свет, а планеты, вероятно, все еще будут существовать вокруг некоторых нейтронных звезд и белых карликов. Кроме того, планеты-изгои, миры, которые не вращаются вокруг звезды, будут продолжать дрейфовать по пустой, беззвездной вселенной.

До того, как сгорят последние звезды, большинство галактик во Вселенной будут расположены на таких огромных расстояниях друг от друга, что будет невозможно наблюдать другую галактику из любой другой галактики. Вселенная расширяется, постоянно увеличивая свои размеры. Из-за количества темной энергии в космосе скорость расширения увеличивается. По мере того, как материя отталкивается все дальше и дальше, сила гравитации ослабевает, и пространство ускоряется быстрее. В конце концов, большинство объектов преодолеют так называемый космический горизонт, а это означает, что они будут так далеко, что их свет никогда не достигнет друг друга. Наш космический горизонт будет постепенно сужаться до тех пор, пока даже ближайшая галактика не окажется за нашим космическим горизонтом. Вселенная по-прежнему будет содержать многие миллиарды звезд и галактик, но будет невозможно наблюдать что-либо за пределами галактики, в которой вы живете.

Эпоха вырождения

Каждая звезда, которую мы можем видеть, родилась во время Звездной эры, и в конечном итоге все эти звезды перестанут существовать. НАСА

Звездная эра будет одним из самых коротких периодов времени в космической истории по сравнению с последующими эпохами. После того, как последние звезды сгорят, все, что останется, — это звездные остатки. К ним относятся белые карлики, нейтронные звезды, пульсары и черные дыры. Также вполне возможно, что некоторые планеты будут жить после Звездной эры. Ученые открыли планеты, которые вращаются вокруг нейтронных звезд, поэтому несложно предположить, что некоторые планеты либо переживут смерть своей звезды, либо могут даже образоваться в результате смерти их звезды. 72 лет (за единицей следует 72 нуля).

Эпоха черных дыр

Как именно черная дыра перестает существовать? Стивен Хокинг был первым, кто предсказал, что черные дыры будут медленно уменьшаться со временем и перестанут существовать в далеком будущем. Хокинг предсказал, что каждая черная дыра испускает поток излучения, называемый излучением Хокинга. Количество излучения Хокинга, излучаемого черной дырой, зависит от площади поверхности черной дыры. Чем больше черная дыра, тем ниже уровень излучения Хокинга. Таким образом, чем больше черная дыра, тем дольше она теряет массу и сжимается. Потребуются триллионы и триллионы лет, чтобы крупнейшие черные дыры уменьшились и исчезли, но однажды это произойдет. 34 лет. Если это окажется правдой, то последние протоны со временем распадутся на более мелкие частицы, в данном случае на пионы и позитроны. Однажды даже эти частицы перестанут существовать. Как только все известные частицы распадутся, Вселенной придет конец. Все, что останется, — это бескрайнее море пустого пространства.

Эйдан Ремпл 14 июня 2022 в науке

Что, если у Вселенной нет конца?

Загрузка

Что, если Вселенная не имеет конца?

(Изображение предоставлено Getty Images)

Автор: Патчен Барсс, 20 января 2020 г.

Чтобы отметить конец неспокойного года, мы возвращаем некоторые из наших любимых историй для сборника BBC Future «Лучшее за 2020 год». Узнайте больше о наших подборках здесь .

Обычная история Вселенной имеет начало, середину и конец.

Все началось с Большого Взрыва 13,8 миллиарда лет назад, когда Вселенная была крошечной, горячей и плотной. Менее чем за одну миллиардную часть миллиардной секунды эта точка Вселенной увеличилась более чем в миллиард, миллиард раз по сравнению с первоначальным размером в результате процесса, называемого «космологической инфляцией».

Далее последовал «изящный выход», когда инфляция остановилась. Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, но со скоростью, составляющей долю начальной скорости. Следующие 380 000 лет Вселенная была настолько плотной, что даже свет не мог пройти через нее — космос представлял собой непрозрачную сверхгорячую плазму рассеянных частиц. Когда все наконец остыло настолько, что образовались первые атомы водорода, Вселенная быстро стала прозрачной. Радиация вырвалась во всех направлениях, и Вселенная была на пути к тому, чтобы стать комковатой сущностью, которую мы видим сегодня, с обширными участками пустого пространства, перемежающимися скоплениями частиц, пыли, звезд, черных дыр, галактик, радиации и других форм материя и энергия.

Вам также могут понравиться:

• Помогли ли «темные звезды» сформировать нашу вселенную
• Фотография, подытоживающая наше место во Вселенной
• Существует ли скрытый код, который управляет Вселенной

В конце концов, эти глыбы согласно некоторым моделям, материя будет дрейфовать так далеко друг от друга, что они медленно исчезнут. Вселенная станет холодным однородным супом из изолированных фотонов.

Вселенная, которую мы видим в настоящее время, состоит из сгустков частиц, пыли, звезд, черных дыр, галактик, излучения (Фото: NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI)

Концовка не особо драматичная, хотя и удовлетворительная.

Но что, если Большой взрыв не был началом всего?

Возможно, Большой Взрыв был скорее «Большим Отскоком», поворотным моментом в продолжающемся цикле сжатия и расширения. Или это может быть больше похоже на точку отражения с зеркальным отражением нашей Вселенной, расширяющейся за «другую сторону», где материю заменяет антиматерия, а само время течет вспять. (Может быть даже «зеркальное отражение», размышляющее о том, как выглядит жизнь на этой стороне.)

Или Большой Взрыв может быть точкой перехода во Вселенной, которая всегда была и всегда будет расширяться. Все эти теории находятся за рамками общепринятой космологии, но все они поддерживаются влиятельными учеными.

Растущее число этих конкурирующих теорий предполагает, что, возможно, пришло время отказаться от идеи о том, что Большой Взрыв положил начало пространству и времени. И, действительно, что она может даже иметь конец.

Многие конкурирующие альтернативы теории Большого взрыва проистекают из глубокой неудовлетворенности идеей космологической инфляции.

Шрамы, оставленные Большим взрывом в слабом микроволновом излучении, пронизывающем весь космос, дают представление о том, как выглядела ранняя Вселенная. Нил Турок, бывший директор Периметрового института теоретической физики в Ватерлоо, Канада.

«Инфляционная парадигма потерпела неудачу», — добавляет Пол Стейнхардт, профессор естественных наук Альберта Эйнштейна в Принстонском университете и сторонник модели «большого скачка».

«Я всегда считал инфляцию очень искусственной теорией, — говорит Роджер Пенроуз, почетный профессор математики Оксфордского университета имени Роуз Болл. «Главная причина того, что он не умер при рождении, заключается в том, что это было единственное, что люди могли придумать, чтобы объяснить то, что они называют «масштабной инвариантностью флуктуаций температуры космического микроволнового фона».

Космический микроволновый фон (или «CMB») был фундаментальным фактором в каждой модели Вселенной с тех пор, как он был впервые обнаружен в 1965. Это слабое окружающее излучение, встречающееся повсюду в наблюдаемой Вселенной, восходит к тому моменту, когда Вселенная впервые стала прозрачной для излучения.

Реликтовое излучение является основным источником информации о том, как выглядела ранняя Вселенная. Это также мучительная загадка для физиков. В любом направлении ученые направляют радиотелескоп, реликтовое излучение выглядит одинаково даже в областях, которые, казалось бы, никогда не могли взаимодействовать друг с другом в любой момент истории Вселенной возрастом 13,8 миллиарда лет.

«Температура реликтового излучения одинакова на противоположных сторонах неба, и эти части неба никогда не находились бы в причинно-следственном контакте», — говорит Кэти Мак, космолог из Университета штата Северная Каролина. «Что-то должно было соединить эти два региона Вселенной в прошлом. Что-то должно было сказать, что эта часть неба имеет ту же температуру, что и эта часть неба».

Без какого-либо механизма для выравнивания температуры во всей наблюдаемой Вселенной ученые ожидали бы увидеть гораздо большие колебания в разных регионах.

Инфляция предлагает способ решения так называемой «проблемы однородности». С периодом безумного расширения, растянувшего Вселенную так быстро, что почти все это оказалось далеко за пределами области, которую мы можем наблюдать и с которой можем взаимодействовать. Наша наблюдаемая Вселенная расширилась из одной крошечной однородной области внутри этой изначальной горячей мешанины, создав однородное реликтовое излучение. Другие регионы за пределами того, что мы можем наблюдать, могут выглядеть совсем иначе.

Физики-теоретики все чаще обнаруживают, что теория инфляции не может объяснить распространение материи и энергии, наблюдаемое во Вселенной (Фото: НАСА/ЕКА)

«Похоже, что инфляция имеет достаточную поддержку данных, чтобы мы могли принять ее по умолчанию», — говорит Мак. ” Это то, чему я учу на своих занятиях. Но я всегда говорю, что мы не знаем наверняка, что это произошло. Но, кажется, это довольно хорошо соответствует данным, и большинство людей сочли бы это наиболее вероятным».

Но в теории всегда были недостатки. Примечательно, что не существует окончательного механизма, запускающего инфляционную экспансию, или поддающегося проверке объяснения того, как мог произойти изящный конец. Одна из идей, выдвинутых сторонниками инфляции, заключается в том, что теоретические частицы составляли нечто, называемое «инфляционным полем», которое приводило к инфляции, а затем распадались на частицы, которые мы видим вокруг нас сегодня.

Но даже с такими настройками инфляция делает прогнозы, которые, по крайней мере до сих пор, не подтвердились. Теория говорит, что пространство-время должно быть искривлено изначальными гравитационными волнами, которые рикошетом распространились по Вселенной во время Большого взрыва. Но хотя определенные типы гравитационных волн были обнаружены, ни один из этих первичных волн еще не подтвердил теорию.

Квантовая физика также оттесняет теории инфляции на очень запутанную территорию. Прогнозируется, что редкие квантовые флуктуации заставят инфляцию разбить пространство на бесконечное количество участков с совершенно разными свойствами — «мультивселенную», в которой происходят буквально все мыслимые исходы.

«Эта теория совершенно нерешительна, — говорит Стейнхардт. «Можно только сказать, что наблюдаемая Вселенная может быть такой или другой, или любой другой возможностью, которую вы можете себе представить, в зависимости от того, где мы находимся в мультивселенной. Не исключено ничего из того, что физически мыслимо».

Стейнхардту, который был одним из первых архитекторов инфляционной теории, в конце концов надоело отсутствие предсказуемости и невозможность проверки.

«Действительно ли нам нужно воображать, что существует бесконечное количество беспорядочных вселенных, которых мы никогда не видели и никогда не увидим, чтобы объяснить одну простую и удивительно гладкую Вселенную, которую мы на самом деле наблюдаем?» он спросил. «Я говорю нет. Мы должны искать лучшую идею».

Вместо того, чтобы быть началом, Большой взрыв мог быть моментом перехода от одного периода пространства и времени к другому — скорее отскоком (Фото: Alamy)

Проблема могла быть связана с самим Большим взрывом , и с идеей, что было начало пространства и времени.

Теория «Большого отскока» согласуется с картиной Большого взрыва горячей и плотной Вселенной 13,8 миллиарда лет назад, которая начала расширяться и остывать. Но вместо того, чтобы быть началом пространства и времени, это был момент перехода от более ранней фазы, во время которой пространство сжималось.

С отскоком, а не со взрывом, говорит Стейнхардт, у далеких частей космоса было бы достаточно времени, чтобы взаимодействовать друг с другом и сформировать единую гладкую вселенную, в которой источники реликтового излучения имели бы шанс даже вне.

Возможно, время существовало всегда.

«А если в нашем прошлом случались отскоки, то почему их не могло быть много?» говорит Стейнхардт. «В таком случае вполне вероятно, что он есть в нашем будущем. Наша расширяющаяся Вселенная может начать сжиматься, возвращаясь в это плотное состояние и снова запуская цикл отскока».

Стейнхардт и Турок вместе работали над некоторыми ранними версиями модели Большого отскока, в которой Вселенная уменьшилась до таких крошечных размеров, что квантовая физика заменила классическую физику, оставив предсказания неопределенными. Но совсем недавно другая сотрудница Стейнхардта, Анна Иджас, разработала модель, в которой Вселенная никогда не становится настолько маленькой, чтобы доминировала квантовая физика.

«Это довольно прозаическая, консервативная идея, во все времена описываемая классическими уравнениями, — говорит Стейнхардт. «Инфляция говорит, что существует мультивселенная, что существует бесконечное количество способов, которыми Вселенная могла бы возникнуть, и нам просто повезло жить в одном из них, который является гладким и плоским. Это возможно, но маловероятно. Эта модель Big Bounce говорит, что именно так Вселенная должно быть ».

Нил Турок также исследует другой путь более простой альтернативы инфляционной теории — «Зеркальную Вселенную». Он предсказывает, что другая вселенная, в которой преобладает антиматерия, но управляемая теми же физическими законами, что и наша, расширяется по ту сторону Большого взрыва — своего рода «антивселенная», если хотите.

«Из наблюдений за последние 30 лет я вынес один вывод: Вселенная невероятно проста», — говорит он. «В больших масштабах это не хаотично. Это не случайно. Он невероятно упорядочен и регулярен, и для его описания требуется очень мало цифр».

Наша вселенная, текущая вперед во времени, может иметь идеальное отражение, которое также простирается в обратном направлении от события, которое мы называем Большим взрывом. или новые частицы, чтобы объяснить, что можно увидеть, когда мы смотрим на небо. Зеркальная Вселенная предлагает все это, а также может раскрыть одну из больших тайн Вселенной.

Если сложить всю известную массу галактики — звезды, туманности, черные дыры и т. д. — сумма не создает достаточной гравитации, чтобы объяснить движение внутри и между галактиками. Остальная часть, кажется, состоит из чего-то, что мы не можем видеть в настоящее время — темной материи. Этот загадочный материал составляет около 85% материи во Вселенной.

Модель Зеркальной Вселенной предсказывает, что Большой взрыв произвел в изобилии частицу, известную как «правосторонние нейтрино». Хотя физикам частиц еще предстоит увидеть эти частицы напрямую, они почти уверены, что они существуют. И именно они составляют темную материю, по мнению сторонников теории Зеркальной Вселенной.

«Это единственная частица в этом списке (частиц в Стандартной модели), обладающая двумя необходимыми свойствами, которые мы еще не наблюдали напрямую, и она может быть стабильной», — говорит Латам Бойл, еще один ведущий сторонник теории Теория Зеркальной Вселенной и коллега Турока по Институту периметра.

Возможно, самой сложной альтернативой Большому взрыву и инфляции является теория «конформной циклической космологии» Роджера Пенроуза (CCC). Как и в случае с Большим отскоком, в нем задействована вселенная, которая могла существовать вечно. Но в CCC он никогда не проходит через период сжатия — он только расширяется.

«Я считаю, что Большой взрыв не был началом», — говорит Пенроуз. «Вся картина того, что мы знаем сегодня, вся история Вселенной — это то, что я называю одним «эоном» в последовательности эонов».

Модель Пенроуза предсказывает, что большая часть материи во Вселенной в конечном итоге окажется втянутой в сверхмассивные черные дыры. По мере того, как Вселенная расширяется и охлаждается почти до абсолютного нуля, эти черные дыры будут «испаряться» из-за явления, называемого излучением Хокинга.

«Вы должны думать в терминах чего-то вроде гугол-лет, что означает число один со 100 нулями», — говорит Пенроуз. «Это количество лет или больше, чтобы действительно большие из них окончательно испарились. И тогда у вас есть вселенная, в которой действительно доминируют фотоны (частицы света)».

Пенроуз говорит, что в этот момент Вселенная начинает выглядеть почти так же, как в начале своего существования, готовя почву для начала другой эры.

Конформная циклическая космология предсказывает, что большая часть Вселенной будет втянута в огромные черные дыры, которые затем испарятся (Фото: NASA/JPL-Caltech) эон в космическом микроволновом фоновом излучении, которое первоначально легло в основу модели инфляции. При столкновении сверхмассивных черных дыр выделяется огромное количество энергии в виде гравитационных волн. Когда гигантские черные дыры наконец испаряются, они выделяют огромное количество энергии в виде низкочастотных фотонов. Оба эти феномена настолько сильны, говорит Пенроуз, что могут «прорваться на другую сторону» перехода от одного эона к другому, оставляя каждый свой вид «сигнала», встроенного в реликтовое излучение, подобно эху от реликтового излучения. мимо.

Пенроуз называет узоры, оставленные испаряющимися черными дырами, «точками Хокинга».

В течение первых 380 000 лет текущего эона это были бы не более чем крошечные точки в космосе, но по мере расширения Вселенной они выглядели бы как «пятна» на небе.

Пенроуз работал с польскими, корейскими и армянскими космологами, чтобы выяснить, можно ли на самом деле обнаружить эти закономерности, сравнивая измерения реликтового излучения с тысячами случайных закономерностей.

« Вывод, к которому мы приходим, состоит в том, что мы видим эти пятна на небе с достоверностью 99,98%», — говорит Пенроуз. Однако на сегодняшний день мир физики по-прежнему в значительной степени скептически относится к этим результатам, и среди космологов был ограниченный интерес даже к попыткам воспроизвести анализ Пенроуза.

Маловероятно, что мы когда-либо сможем непосредственно наблюдать за тем, что произошло в первые мгновения после Большого взрыва, не говоря уже о моментах до него. Непрозрачная перегретая плазма, существовавшая в ранние моменты, скорее всего, навсегда скроет наш обзор. Но есть и другие потенциально наблюдаемые явления, такие как первичные гравитационные волны, первичные черные дыры, правые нейтрино, которые могут дать нам некоторые подсказки о том, какая из теорий о нашей Вселенной верна.

«По мере того, как мы разрабатываем новые теории и новые модели космологии, они дадут нам другие интересные предсказания, которые мы можем искать», — говорит Мак. «Надежда не обязательно состоит в том, что мы увидим начало более непосредственно, но, возможно, каким-то окольным путем мы лучше поймем структуру самой физики».

До тех пор история нашей вселенной, ее начала и есть ли у нее конец, будут продолжать обсуждаться.

—

Присоединяйтесь к миллиону поклонников Future, поставив нам лайк на Facebook или следите за нами в Twitter или Instagram .

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc. com под названием «The Essential List». Подборка историй из BBC Future, Culture, Worklife и Travel, доставляемых на ваш почтовый ящик каждую пятницу.

Мы уже вступили в шестую и последнюю эру нашей Вселенной

Иллюстрация нашей космической истории, от Большого Взрыва до настоящего времени, в контексте… [+] расширяющейся Вселенной. Мы не можем быть уверены, вопреки утверждениям многих, что Вселенная началась из сингулярности. Однако мы можем разбить иллюстрацию, которую вы видите, на разные эпохи, основываясь на свойствах Вселенной в то конкретное время. Мы уже находимся в шестой и последней эре Вселенной.

Научная группа NASA/WMAP

Вселенная сегодня не такая, какой она была вчера. С каждым прошедшим мгновением происходит ряд тонких, но важных изменений, даже если многие из них незаметны в измеримых человеческих масштабах времени. Вселенная расширяется, а значит, со временем увеличиваются расстояния между крупнейшими космическими структурами.

Секунду назад Вселенная была немного меньше; через секунду Вселенная станет немного больше. Но эти тонкие изменения накапливаются в больших космических масштабах времени и влияют не только на расстояния. По мере расширения Вселенной меняется относительная важность излучения, материи, нейтрино и темной энергии. Температура Вселенной меняется. И то, что вы увидите в небе, также резко изменится. В общем, есть шесть различных эпох, на которые мы можем разбить Вселенную, и мы уже находимся в последней.

Как материя (вверху), излучение (в центре) и космологическая постоянная (внизу) эволюционируют со временем в… [+] расширяющейся Вселенной. По мере расширения Вселенной плотность материи уменьшается, но излучение также становится холоднее, поскольку его длины волн растягиваются до более длинных и менее энергичных состояний. С другой стороны, плотность темной энергии действительно останется постоянной, если она будет вести себя так, как думают в настоящее время: как форма энергии, присущая самому пространству.

Э. Сигел / Beyond The Galaxy

Причину этого можно понять из графика выше. Все, что существует в нашей Вселенной, имеет в себе определенное количество энергии: материя, излучение, темная энергия и т. д. По мере расширения Вселенной объем, занимаемый этими формами энергии, меняется, и плотность энергии каждой из них будет развиваться по-разному. В частности, если мы определим наблюдаемый горизонт переменной a , то: плотность энергии

материи будет развиваться как 1/ a ³ , поскольку (для материи) плотность — это просто масса по отношению к объему, а массу можно легко преобразовать в энергию через E = mc ² ,

Плотность энергии излучения

будет эволюционировать как 1/ a ⁴ , поскольку (для излучения) числовая плотность — это число частиц, деленное на объем, а энергия каждого отдельного фотона увеличивается по мере расширения Вселенной, добавляя дополнительный коэффициент 1/ a по отношению к материи,
, а темная энергия является свойством самого пространства, поэтому его плотность энергии остается постоянной (1/ a ⁰) независимо от расширения или объема Вселенной.

Визуальная история расширяющейся Вселенной включает в себя горячее, плотное состояние, известное как Большой Взрыв, и… [+] рост и формирование структуры впоследствии. Полный набор данных, включая наблюдения за легкими элементами и космическим микроволновым фоном, оставляет только Большой взрыв в качестве достоверного объяснения всего, что мы видим. По мере того как Вселенная расширяется, она также охлаждается, позволяя формироваться ионам, нейтральным атомам и, в конечном счете, молекулам, газовым облакам, звездам и, наконец, галактикам.

NASA / CXC / M. Weiss

Вселенная, которая существует дольше, следовательно, расширится больше. В будущем будет прохладнее, а в прошлом было жарче; в прошлом он был гравитационно более однородным, а теперь стал более глыбистым; в прошлом он был меньше, а в будущем будет намного больше.

Применяя законы физики ко Вселенной и сравнивая возможные решения с полученными нами наблюдениями и измерениями, мы можем определить, откуда мы пришли и куда направляемся. Мы можем экстраполировать нашу прошлую историю вплоть до начала горячего Большого взрыва и даже раньше, до периода космической инфляции. Мы также можем экстраполировать нашу нынешнюю Вселенную на далекое будущее и предвидеть окончательную судьбу, которая ожидает все сущее.

Вся наша космическая история теоретически хорошо изучена, но только потому, что мы понимаем… [+] теорию гравитации, которая лежит в ее основе, и потому что мы знаем текущую скорость расширения Вселенной и энергетический состав. Свет всегда будет продолжать распространяться через эту расширяющуюся Вселенную, и мы будем продолжать получать этот свет сколь угодно далеко в будущем, но он будет ограничен во времени в той мере, в какой он достигает нас. Нам нужно будет исследовать более слабую яркость и более длинные волны, чтобы продолжать видеть объекты, видимые в настоящее время, но это технологические, а не физические ограничения.

Николь Рагер Фуллер / Национальный научный фонд

Когда мы проводим разделительные линии, основываясь на том, как ведет себя Вселенная, мы обнаруживаем, что наступит шесть различных эпох.

Инфляционная эра : которая предшествовала горячему Большому Взрыву и привела к нему.
Эпоха Первичного Супа : от начала горячего Большого Взрыва до окончательных преобразующих взаимодействий ядер и частиц в ранней Вселенной.
Плазменная эра : с момента окончания нерассеивающих взаимодействий ядер и частиц до тех пор, пока Вселенная не остынет достаточно, чтобы стабильно образовать нейтральную материю.
Эпоха Тёмных веков : от образования нейтральной материи до полной реионизации межгалактической среды Вселенной первыми звёздами и галактиками.
Звездная эра : от окончания реионизации до прекращения гравитационного формирования и роста крупномасштабных структур, когда плотность темной энергии преобладает над плотностью материи.
Эпоха темной энергии : заключительный этап нашей Вселенной, когда расширение ускоряется, а разъединенные объекты безвозвратно и необратимо удаляются друг от друга.

Мы уже вступили в эту последнюю эру миллиарды лет назад. Большинство важных событий, которые определят историю нашей Вселенной, уже произошли.

Флуктуации самого пространства-времени в квантовом масштабе растягиваются по Вселенной во время… [+] инфляции, порождая несовершенства как плотности, так и гравитационных волн. Неизвестно, возникла ли инфляция из возможной сингулярности или нет, но признаки того, произошла ли она, доступны в нашей наблюдаемой Вселенной.

E. Siegel, с изображениями, полученными от ESA/Planck и межведомственной целевой группы DoE/NASA/NSF по исследованию CMB

1.) Инфляционная эра . До горячего Большого взрыва Вселенная не была заполнена материей, антиматерией, темной материей или излучением. Он не был заполнен частицами любого типа. Вместо этого он был наполнен формой энергии, присущей самому пространству: формой энергии, которая заставляла Вселенную расширяться чрезвычайно быстро и безжалостно, экспоненциально.

Он растянул Вселенную из какой бы геометрии она когда-то ни была, до состояния, неотличимого от пространственно плоского.
Он расширил небольшой, причинно связанный участок Вселенной до участка, намного большего, чем наша видимая в настоящее время Вселенная: большего, чем текущий причинный горизонт.
Он взял любые частицы, которые могли присутствовать, и расширил Вселенную так быстро, что ни одна из них не осталась внутри области размером с нашу видимую Вселенную.
И квантовые флуктуации, которые произошли во время инфляции, создали семена структуры, которые сегодня породили нашу обширную космическую паутину.

А затем, около 13,8 миллиардов лет назад, внезапно закончилась инфляция. Вся эта энергия, некогда присущая самому пространству, превратилась в частицы, античастицы и излучение. С этим переходом закончилась инфляционная эра и начался горячий Большой Взрыв.

При высоких температурах, достигнутых в очень молодой Вселенной, не только частицы и фотоны могут быть. .. [+] спонтанно созданы при наличии достаточной энергии, но также античастицы и нестабильные частицы, что приводит к первичной частице-и- суп из античастиц. Но даже при этих условиях может возникнуть лишь несколько специфических состояний или частиц.

Брукхейвенская национальная лаборатория

2.) Эпоха Первичного супа . Как только расширяющаяся Вселенная заполнится материей, антиматерией и излучением, она остынет. Всякий раз, когда частицы сталкиваются, они производят любые пары частица-античастица, разрешенные законами физики. Основное ограничение исходит только от энергий вовлеченных столкновений, поскольку производство регулируется 90 143 E = mc 90 328 2 90 146 .

По мере остывания Вселенной энергия падает, и становится все труднее и труднее создавать все более массивные пары частица-античастица, но аннигиляции и другие реакции частиц продолжаются. Через 1–3 секунды после Большого взрыва вся антиматерия исчезает, остается только материя. Через 3-4 минуты после Большого взрыва может образовываться стабильный дейтерий и происходить нуклеосинтез легких элементов. И после нескольких радиоактивных распадов и нескольких заключительных ядерных реакций все, что у нас осталось, — это горячая (но остывающая) ионизированная плазма, состоящая из фотонов, нейтрино, атомных ядер и электронов.

В ранние времена (слева) фотоны рассеивались на электронах и обладали достаточной энергией, чтобы вернуть любые… [+] атомы обратно в ионизированное состояние. Как только Вселенная достаточно остынет и лишится таких высокоэнергетических фотонов (справа), они не смогут взаимодействовать с нейтральными атомами, а вместо этого просто высвободятся, поскольку у них неправильная длина волны, чтобы возбудить эти атомы до более высокого энергетического уровня.

Э. Сигел / Beyond the Galaxy

3.) Эпоха плазмы . Как только эти легкие ядра формируются, они становятся единственными положительно (электрически) заряженными объектами во Вселенной, и они повсюду. Конечно, они уравновешиваются равным количеством отрицательного заряда в виде электронов. Ядра и электроны образуют атомы, поэтому может показаться вполне естественным, что эти два вида частиц немедленно найдут друг друга, образуя атомы и прокладывая путь звездам.

К несчастью для них, их количество намного меньше — более чем в миллиард к одному — фотонов. Каждый раз, когда электрон и ядро соединяются вместе, появляется фотон достаточно высокой энергии и разрывает их на части. Только когда Вселенная резко остынет, с миллиардов градусов до нескольких тысяч градусов, нейтральные атомы смогут наконец сформироваться. (И даже тогда это возможно только благодаря особому атомному переходу.)

В начале эры плазмы в энергосодержании Вселенной преобладало излучение. В конце концов, в нем преобладают нормальная и темная материя. Эта третья фаза переносит нас на 380 000 лет после Большого взрыва.

Схематическая диаграмма истории Вселенной с выделением реионизации. До образования звезд или галактик… [+] Вселенная была полна блокирующих свет нейтральных атомов. В то время как большая часть Вселенной не становится реионизированной до 550 миллионов лет спустя, при этом некоторые регионы достигают полной реионизации раньше, а другие позже. Первые крупные волны реионизации начинают происходить в возрасте около 250 миллионов лет, в то время как несколько счастливых звезд могут образоваться всего через 50–100 миллионов лет после Большого взрыва. С правильными инструментами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба, мы можем начать обнаруживать самые ранние галактики.

С. Г. Джорджовски и др., Калифорнийский технологический центр цифровых медиа

4.) Эпоха Средневековья . Наполненная нейтральными атомами, наконец, гравитация может начать процесс структурообразования во Вселенной. Но со всеми этими нейтральными атомами вокруг то, что мы сейчас знаем как видимый свет, было бы невидимым по всему небу.

Почему? Потому что нейтральные атомы, особенно в виде космической пыли, превосходно блокируют видимый свет.

Чтобы положить конец темным векам, межгалактическая среда должна быть повторно ионизирована. Для этого требуется огромное количество звездообразования и огромное количество ультрафиолетовых фотонов, а также время, гравитация и запуск космической сети. Первые крупные области реионизации происходят через 200–250 миллионов лет после Большого взрыва, но в среднем реионизация не завершается до тех пор, пока Вселенной не исполнится 550 миллионов лет. На данный момент скорость звездообразования все еще увеличивается, и первые массивные скопления галактик только начинают формироваться.

Скопление галактик Abell 370, показанное здесь, было одним из шести массивных скоплений галактик, полученных в… [+] Программа Hubble Frontier Fields. Поскольку другие большие обсерватории также использовались для получения изображений этой области неба, были обнаружены тысячи сверхдальних галактик. Наблюдая за ними снова с новой научной целью, программа Хаббла Buffalo (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations) получит информацию о расстоянии до этих галактик, что позволит нам лучше понять, как галактики формировались, развивались и росли в нашей Вселенной. В сочетании с измерениями света внутри скопления мы могли бы получить еще большее понимание темной материи внутри с помощью нескольких линий доказательств одной и той же структуры.

NASA, ESA, A. Koekemoer (STScI), M. Jauzac (Durham University), C. Steinhardt (Институт Нильса Бора) и команда Buffalo

5.) Звездная эра . Когда темные века закончились, Вселенная теперь прозрачна для звездного света. Теперь доступны великие уголки космоса со звездами, звездными скоплениями, галактиками, скоплениями галактик и огромной растущей космической паутиной, которые ждут своего открытия. Энергетически во Вселенной преобладают темная материя и нормальная материя, а гравитационно-связанные структуры продолжают расти все больше и больше.

Скорость звездообразования все растет и растет, достигнув пика примерно через 3 миллиарда лет после Большого взрыва. В этот момент продолжают формироваться новые галактики, существующие галактики продолжают расти и сливаться, а скопления галактик притягивают в себя все больше и больше материи. Но количество свободного газа в галактиках начинает падать, так как огромное количество звездообразования израсходовало его большое количество. Медленно, но неуклонно скорость звездообразования падает.

Со временем звездная смертность будет опережать рождаемость, и этот факт усугубляется следующим сюрпризом: по мере того, как плотность материи падает с расширением Вселенной, начинает появляться и доминировать новая форма энергии — темная энергия . Через 7,8 миллиарда лет после Большого взрыва далекие галактики перестают замедляться в своем удалении друг от друга и снова начинают ускоряться. Ускоряющаяся Вселенная приближается к нам. Чуть позже 9Через 0,2 миллиарда лет после Большого взрыва темная энергия становится доминирующим компонентом энергии во Вселенной. В этот момент мы вступаем в последнюю эру.

Различные возможные судьбы Вселенной, с нашей фактической ускоряющейся судьбой, показанной справа…. [+] По прошествии достаточного количества времени ускорение оставит каждую связанную галактическую или сверхгалактическую структуру полностью изолированной во Вселенной, поскольку все остальные структуры безвозвратно ускоряются. Мы можем только заглянуть в прошлое, чтобы сделать вывод о присутствии и свойствах темной энергии, для чего требуется по крайней мере одна константа, но ее последствия для будущего более значительны.

НАСА и ЕКА

6.) Эпоха темной энергии . Как только темная энергия берет верх, происходит нечто странное: крупномасштабная структура Вселенной перестает расти. Объекты, которые были гравитационно связаны друг с другом до захвата темной энергии, останутся связанными, но те, которые еще не были связаны к началу века темной энергии, никогда не станут связанными. Вместо этого они будут просто ускоряться, удаляясь друг от друга, ведя одинокое существование на великом пространстве небытия.

Отдельные связанные структуры, такие как галактики и группы/скопления галактик, со временем сольются в одну гигантскую эллиптическую галактику. Существующие звезды умрут; образование новых звезд замедлится до ручейка, а затем остановится; гравитационные взаимодействия выбросят большинство звезд в межгалактическую бездну. Планеты будут превращаться в свои родительские звезды или звездные остатки из-за распада под действием гравитационного излучения. Даже черные дыры с необычайно долгим временем жизни в конечном итоге распадаются под действием излучения Хокинга.

После того, как Солнце станет черным карликом, если ничто не вытолкнет и не столкнется с остатками Земли,… [+] в конце концов гравитационное излучение заставит нас закрутиться по спирали и быть поглощенным остатками нашего Солнца.

Изображение предоставлено Джеффом Брайантом

В конце концов, в этом пустом, постоянно расширяющемся космосе останутся только черные карлики и изолированные массы, слишком малые для того, чтобы зажечь ядерный синтез. Эти трупы конечного состояния будут существовать даже через несколько лет, продолжая существовать, поскольку темная энергия остается доминирующим фактором в нашей Вселенной.

Эта последняя эпоха господства темной энергии уже началась. Темная энергия стала важной для расширения Вселенной 6 миллиардов лет назад и начала доминировать в энергетическом содержании Вселенной примерно в то время, когда зарождались наше Солнце и Солнечная система. Вселенная может иметь шесть уникальных стадий, но за всю историю Земли мы уже были в последней. Внимательно посмотрите на Вселенную вокруг нас. Он никогда больше не будет таким богатым — или таким легкодоступным — никогда.

Как долго во Вселенной будет возможна жизнь?

03 декабря 2018 г.

Сегодня я просто хочу воспользоваться моментом, чтобы оценить что-то действительно необычное!

Сколько себя помню, я любил космологию. В 2012 году было выпущено приложение к сериалу Брайана Кокса « Чудеса Вселенной ». Я купил и скачал его, и провел много счастливых часов.

Одна вещь поразила меня и запомнилась больше всего на свете. Это было так:

«Стрела времени создала светлое окно в юности Вселенной, в котором возможна жизнь, но это окно не будет оставаться открытым долго. Как часть продолжительности жизни Вселенной , измеренной от ее зарождения до испарения последней черной дыры, жизнь, какой мы ее знаем, возможна только в одну тысячную от миллиарда миллиардов миллиардных, миллиардов миллиардов миллиардных, миллиардов миллиардная миллиардная часть процента ».

Та. Является. КРОШЕЧНЫЙ. Количество.

Рассказывая историю вселенной, выставляет напоказ самые возмутительно большие числа и необычайно неправдоподобные отношения таким образом, что уму непостижимо.

Понимание масштаба

Всего одна секунда после большого взрыва ширина Вселенной составляла несколько световых лет (возможно, поскольку гипотеза о том, что физические объекты не могут двигаться быстрее скорости света, часто неверно истолковывается как ничто может двигаться быстрее света, а это не одно и то же. ) Имейте в виду, что когда Вселенной было около одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она была меньше субатомной частицы.

За это же время родился самый первый элемент — гелий.

Но гравитации потребовалось 200 миллионов лет , чтобы втянуть облака пыли в первые галактики.

Земля родилась 9 миллиардов лет спустя, и еще несколько миллиардов лет спустя по земле ходили люди.

Но условия для жизни не будут существовать вечно. На самом деле существует, вероятно, только 100 000 000 000 000 000 лет жизнеспособной жизни. Звучит довольно долго, но придержите лошадей…

В конце концов, вселенная выдохнется. Последние звезды давно умерли, а их останки засосало в черные дыры. Работа Второго Закона будет выполнена — энтропия наконец перестанет расти, потому что все будет максимально неупорядочено. Ничего не произойдет, и ничто не будет продолжаться вечно. Но это действительно займет довольно много времени. Фактически, это займет около 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 лет — дайте или взять.

Визуализация

Итак, возвращаясь к профессору Коксу, как будет выглядеть та часть времени, в течение которой возможна жизнь, на временной шкале? Давайте попробуем визуализировать это!

Начнем с той части, где жизнь возможна. Мы скажем, что его длина составляет 1 см, и это представляет собой количество времени, в течение которого может существовать жизнь. Если Кокс прав, то этот отрезок в 1 см составляет одну тысячную от миллиарда миллиардов миллиардных, миллиардов миллиардов миллиардных, миллиардов миллиардов миллиардных процентов всей временной шкалы. 928 м шириной, видимо, или 1 с 28 нулями.

Всего 10 000 000 000, 000 000 000, 000 000 000!

Другими словами, этот график не вписывается в обозримую Вселенную, но участок, представляющий время, в течение которого жизнь станет возможной, будет иметь длину почти 1 см…

наша наука не идеальна, или если мои математические способности немного отстают, потому что я не использовал способности с 14 лет, небольшой сдвиг в любом случае не будет иметь никакого значения, есть 9−10), довольно сильно. .! Тогда не очень удобная шкала времени…

Унизительные факты

Впечатляющие вещи, не так ли?

Я закончу несколькими моими любимыми словами профессора Кокса:

Самое удивительное чудо Вселенной — это не звезда, не планета и не галактика; это вообще не вещь — это момент времени. И это время сейчас.

«Подобно тому, как мы и все живое на Земле стоим на этой крошечной пылинке, дрейфующей в бесконечном пространстве, так и жизнь во Вселенной будет существовать только мимолетное яркое мгновение во времени. Но это не делает нас ничтожными , потому что мы — космос, ставший сознательным. Жизнь — это средство, с помощью которого вселенная понимает себя.0146

«И для меня наше истинное значение заключается в нашей способности и нашем желании понять и исследовать эту прекрасную вселенную.»

← Что такое интегрированная информационная теория сознания? Четыре вещи, которые я узнал в 2018 году (и три вещи, которые я не узнал) →

Почему существует Вселенная? Некоторые точки зрения из нашего проекта по физике — статьи Стивена Вольфрама

Что формально, а что актуализировано?

Почему существует Вселенная? Почему есть что-то, а не ничего? Это старые и фундаментальные вопросы, которые, как может показаться, находятся за пределами области науки. Но, к моему удивлению, я недавно понял, что наш физический проект может пролить на них свет и, возможно, даже показать нам путь к ответам.

Мы можем рассматривать конечную цель нашего физического проекта как поиск абстрактного представления того, что делает наша Вселенная. Но даже если мы найдем такое представление, все еще остается вопрос, почему это представление актуализируется: почему то, что оно представляет, «на самом деле происходит» с реальным материалом, из которого «сделана» наша Вселенная.

Одно дело сказать, что у нас есть правило или программа, которые могут воспроизвести представление о том, что делает наша Вселенная. Но совсем другое дело сказать, что правило или программа «фактически выполняются» и «фактически генерируют» «физическую реальность» нашей вселенной.

Как только заговоришь о «запущенных программах», сразу спросят: «На каком компьютере?» Но ключевой интеллектуальный момент заключается в том, что вычислительные процессы в конечном итоге могут быть определены совершенно абстрактно, без ссылки на что-либо вроде физического компьютера.

Рассмотрим, например, один из моих любимых клеточных автоматов. Вот его правило:

&#10005

 RulePlot[CellularAutomaton[73],
 ColorRules -> {1 -> RGBColor[0,84, 0,00392156862745098, 0,46],
   0 -> RGBColor[1, 0.8300000000000001, 0.32]}]

А вот что он делает в конкретном случае:

&#10005

 ArrayPlot[CellularAutomaton[73, {{1}, 0}, 200],
 Рамка -> Нет,
 ColorRules -> {1 -> RGBColor[0,84, 0,00392156862745098, 0,46],
   0 -> RGBColor[1, 0.8300000000000001, 0.32]}]

И да, я сделал это изображение, запустив правило на моем реальном физическом компьютере. Но мы можем думать о правиле просто как о дающем абстрактное определение вычисления, которое нужно сделать. Это похоже на абстрактное вычисление 2 + 2 → 4. Это то, что обязательно работает так, как оно работает, как следствие абстрактных определений, которые его определяют. Это не зависит от наличия реальных цветных квадратов или реального процессора компьютера, так же как математическое вычисление 2 + 2 → 4 не зависит от наличия реальных счетчиков или человека, который их расставляет.

Хорошо, но мы потенциально можем представить чисто абстрактное вычислительное правило, которое может абстрактно воспроизвести представление о том, что делает вселенная. А поскольку мы являемся частью вселенной, правило также должно воспроизводить любые процессы, связанные с нашим восприятием того, что происходит во вселенной.

Но остается вопрос: почему что-то «на самом деле происходит»? Мы можем рассмотреть правило. Но исходя из того, что мы сказали до сих пор, это просто абстрактная возможность — то, что мы можем выбрать для определения. Ничто не говорит о том, что в этом есть что-то «реальное» или «актуальное», не больше, чем в абстрактном математическом утверждении 2 + 2 = 4.

Вселенная для нас неизбежна?

Существует бесконечное количество возможных программ, которые можно определить абстрактно. Но мы могли бы предположить, что когда дело доходит до представления нашей вселенной, выбирается только одна конкретная. Другими словами, в вычислительной вселенной всех возможных программ есть специально выбранная программа, которой следует наша физическая вселенная.

В конце концов, мы могли бы возразить, мы воспринимаем определенные физические законы в нашей вселенной. И, конечно, можно предположить, что в этих законах нет ничего необходимого; вполне может существовать вселенная с другими законами. Так что должно быть что-то особенное в правиле, которое использует наша Вселенная, чтобы установить свои особые законы.

Конечно, в этом есть что-то неудовлетворительное. Потому что в нем говорится, что в конце концов в нашей вселенной есть что-то произвольное, и это в некотором смысле должно быть «объяснено извне». Я давно подозревал, что это не совсем правильно, и что если подумать о наблюдателях внутри вселенной, наблюдающих за этой вселенной, то произвольность каким-то образом «отменится». И, как мы увидим, в наших новых моделях фундаментальной физики происходит что-то вроде этого, хотя подробная история гораздо тоньше.

Все это связано с взаимодействием между вычислительно ограниченными наблюдателями и всей вычислительно неустранимой эволюцией Вселенной, которая эффективно определяет течение времени. Суть в том, что, хотя существуют всевозможные детали лежащей в основе эволюции, зависящие от конкретного используемого правила, наблюдатель, ограниченный в вычислительных возможностях, может отбирать только определенные общие черты, которые неизбежно оказываются по существу независимыми от правила.

Есть знакомый (и тесно связанный) аналог этого, связанный со вторым законом термодинамики. Газ, например, состоит из большого количества подпрыгивающих молекул. Детали их траекторий будут зависеть от деталей их взаимодействий и неизбежно проявят вычислительную несводимость (в том смысле, что траектории нельзя вычислить намного эффективнее, чем просто смоделировать всю последовательность взаимодействий). Но наблюдатель, который использует только ограниченные вычисления, неизбежно увидит только «грубую» версию того, что происходит, и «обобщит» поведение газа, скажем, в терминах законов движения жидкости.

И дело в том, что эти законы имеют одинаковую форму независимо от конкретных характеристик лежащих в их основе молекул. По сути, они универсальны — и теперь мы можем понять это как неизбежное следствие взаимодействия вычислительной ограниченности наблюдателей и вычислительной несводимости базовой динамики.

И в наших новых моделях фундаментальной физики происходит принципиально то же самое. За исключением того, что теперь возникающие «общие законы» оказываются общей теорией относительности и квантовой механикой. И вместо того, чтобы «то, что внизу» было газом, состоящим из молекул, мы теперь говорим о том, что внизу — это большое количество абстрактных элементов (которые мы можем несколько причудливо назвать «атомами пространства») с определенными абстрактными отношениями между ними. Мы можем думать об этих элементах и отношениях как об определяющих гиперграф:

&#10005

 РесурсФункция[
  "WolframModel"][{{1, 2}, {1, 3}} -> {{1, 2}, {1, 4}, {2, 4}, {4,
    3}}, {{0, 0}, {0, 0}}, 13, "FinalStatePlot"]

Тогда мы можем сказать, что существует такое правило, как

&#10005

 RulePlot[РесурсФункция[
   "WolframModel"][{{1, 2}, {1, 3}} -> {{1, 2}, {1, 4}, {2, 4}, {4,
     3}}], "RulePartsAspectRatio" -> 0,5]

, который указывает, как следует обновлять этот гиперграф. Эффект этих обновлений, как правило, будет вычислительно непреодолимым процессом, детали которого зависят от конкретного используемого правила. Но представьте себе наблюдателя, встроенного в гиперграф — такими, какими должны быть все наблюдатели в нашей реальной Вселенной. Предполагая, что наблюдатель использует только ограниченное количество вычислений, он может «прочитать» только определенные особенности гиперграфа, и при этом он (по существу) неизбежно увидит, что Вселенная обладает релятивистской инвариантностью и, в конечном счете, следует уравнениям Эйнштейна для структуры пространство-время.

В этой картине много деталей. Когда мы указываем правило, оно фактически говорит: «вот как обновить любую часть гиперграфа, где соответствует (левая часть) правила». Но в целом будет много разных способов сделать это. И в результате получается целый набор «возможных историй» для системы, которые, как оказывается, неизбежно работают в соответствии с законами квантовой механики.

Что мы предполагаем, чтобы прийти к этим выводам? Самое главное, это то, что я называю принципом вычислительной эквивалентности. Этот принцип гласит, что правила, поведение которых не является явно простым, будут показывать одинаковый уровень вычислительной сложности — и все они будут демонстрировать вычислительную несводимость. И это то, что фактически дает нам понятие времени. По сути, течение времени — это просто неумолимый и непреодолимый процесс вычисления.

Но есть еще одна деталь. По всему нашему гиперграфу происходит огромное количество неустранимых вычислений, при этом все различные отдельные «атомы пространства», по сути, постоянно регенерируются. Но у нас, людей, есть особый способ восприятия всего этого — он включает выборку только тех признаков, которые позволяют нам построить связную «нить сознания».

Неочевидно, что такая выборка может сохранять свою согласованность во времени или может заставить разные «сознания» прийти к одним и тем же выводам о Вселенной. Но феномен каузальной инвариантности (который сам по себе может быть эмерджентным следствием построения нити сознания) делает подобные вещи неизбежными.

И, в конце концов, мы можем заключить, что с нашим особым «последовательным» способом «чтения Вселенной» как наблюдателей, ограниченных вычислениями, мы неизбежно придем к заключению, что Вселенная следует конкретным законам общей теории относительности и квантовой механики. что установила физика.

Внизу есть все виды вычислительной несводимости, к которым мы напрямую не чувствительны. Но как вычислительно ограниченные наблюдатели мы выбираем определенный срез вычислительной сводимости — и с нашей конкретной последовательностью опыта во времени, этот срез, который мы выбираем, соответствует известным нам законам физики.

Но, ладно, это говорит о том, что, учитывая, что мы «читаем» Вселенную определенным образом, мы неизбежно придем к выводу, что Вселенная следует определенным законам. В основе может быть практически любое правило; мы всегда будем приходить к одному и тому же выводу. Но само по себе это не объясняет, почему правило вообще действует, или почему вселенная существует, или почему есть что-то, а не ничто.

Законы Правящей Вселенной

Работая над вопросом о том, почему существует Вселенная, нам нужно поговорить о другом формальном, научном результате. Мы сказали выше, что наше основное правило используется везде, где оно применяется в гиперграфе. И это дает нам структуру, которую мы читаем как следующую теории относительности и квантовой механике.

Но до сих пор мы по-прежнему исходим из того, что во Вселенной существует какое-то конкретное правило — просто оно применяется во множестве разных мест. Но что, если вместо этого можно применить множество различных правил? В самом деле, как насчет предельного случая, когда можно применить любое возможное правило?

Что, если каждая часть нашего гиперграфа будет обновляться в соответствии со всеми возможными правилами, создавая множество различных возможных историй? Или, другими словами, что, если Вселенная в каком-то смысле «одновременно выполняет» все возможные правила, создавая все возможные результирующие истории?

Наш первый инстинкт может заключаться в том, что если допустить все эти возможности, то никогда нельзя будет сказать ничего определенного о том, что произойдет во Вселенной. Но оказывается, что это далеко не так. И все это связано с переплетением различных возможностей, связанных с повторным применением правил.

Учитывая определенное состояние вселенной, применение разных правил может привести к разным состояниям. Но применение правил к разным состояниям также потенциально может привести к одному и тому же состоянию. Или, другими словами, в «правильном многоходовом графе», показывающем, как одно состояние ведет к другому, могут быть как разветвления, так и слияния.

Давайте рассмотрим очень простой пример. Представьте, что наши правила просто берут число x и добавляют константу n . Начиная с 0 и разрешая правила с n до 5, мы получаем после 1 шага в основном просто кучу отдельных веток:

&#10005

 ResourceFunction["WolframPhysicsProjectStyleData"]["StatesGraph",
  «Функция»] [
 NestGraph[x |-> Таблица[x + i, {i, 0, 5}], 0, 1,
  VertexLabels -> Автоматически]]

Но через 2 шага некоторые из этих ветвей сливаются, и мы фактически получаем довольно сложную структуру, фактически отражающую эквивалентности между различными последовательностями применения правил, связанные с такими фактами, как 1 + 1 = 2:

&#10005

 ResourceFunction["WolframPhysicsProjectStyleData"]["StatesGraph",
  «Функция»] [
 NestGraph[x |-> Таблица[x + i, {i, 0, 5}], 0, 2,
  VertexLabels -> Automatic, AspectRatio -> 1/4]]

Если мы используем, скажем, все возможные правила сложения по модулю 10, мы получим более симметричную структуру:

&#10005

 Graph4D[NestGraph[x |-> Table[Mod[x + i, 10], {i, 0, 9}], 0, 10,
  VertexLabels -> Автоматически],
 BaseStyle -> {Graphics3DBoxOptions -> {Method -> {"ShrinkWrap" ->
        Истинный}}},
 VertexStyle -> Directive[Opacity[0. 7`], Hue[0.62, 0.45, 0.87]],
 Стиль края ->
  Директива[Непрозрачность[0,4`], Цветовой тон[0,75, 0, 0,35], Наконечники стрелок[Малый]]]

Но важно то, что даже несмотря на то, что используются все возможные правила (по крайней мере, определенного типа), все равно возникает очень определенная структура.

Так почему же это происходит? Если бы мы просто перечислили результаты независимого обновления некоторого состояния по всем возможным правилам, то да, в каком-то смысле можно было бы получить все возможные состояния. Но решающим моментом является то, что мы думаем о многократном применении всех возможных правил — и при этом неизбежно возникает определенная путаница, связанная с тем фактом, что разные правила (или последовательности правил) могут приводить к одним и тем же состояниям. Таким образом, в некотором смысле мы создаем структуру из взаимодействия между структурными отношениями состояний и вычислительным процессом применения правил (или, по сути, в наших моделях «течения времени»).

Хорошо, но давайте вернемся к нашим более широким вопросам о вселенной. Набор всех возможных правил есть нечто чисто формальное. Да, мы можем выбрать какой-то конкретный язык или основу для представления этих правил (скажем, в терминах машин Тьюринга или переписывания гиперграфов). Но, в конце концов, концепция универсальности вычислений (или, точнее, принцип вычислительной эквивалентности) говорит нам, что все эти разные языки или базы будут эквивалентны. Поэтому, когда мы говорим обо всех возможных правилах, мы ни на что не полагаемся в нашей конкретной вселенной. Мы просто описываем что-то абстрактное, так оно и есть просто в результате определения терминов.

Но теперь мы увидели, что, начиная с этого «формального понятия» всех возможных правил, мы получаем определенную структуру, которую, да, до сих пор мы все еще думаем как нечто «чисто формальное». ».

Помните, что изначально мы исходили из наших моделей физики, где мы говорим о правилах, применение которых определяет течение времени, структуру пространства и так далее. Но тогда мы взяли «формальный предел» рассмотрения всех возможных правил. И мы обнаружили, что полученный «рулиальный многоходовой граф» имеет определенную структуру. Но какое отношение это имеет к нашей вселенной и к установленным законам физики?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны подумать о том, как этот правящий многосторонний граф будет восприниматься встроенными в него наблюдателями. Если смотреть «извне», правящий многосторонний граф включает в себя множество различных нитей истории, иногда разветвляющихся, иногда сливающихся. Но наблюдатель внутри правящего многостороннего графа также включает в себя множество различных нитей истории с такими же разветвлениями и слияниями.

Это очень похоже на ситуацию с квантовой механикой в наших моделях: мы должны решить, как «ветвящийся мозг» будет «читать» «ветвящуюся вселенную», за исключением того, что теперь это «правильно ветвящийся мозг», читающий «правильно ветвящийся мозг». ветвящаяся вселенная». Но оказывается, что применяются те же основные аргументы.

Существует множество различных возможных «систем отсчета», которые наблюдатель может использовать, чтобы «организовать» то, что он ощущает на многоходовом графе. Но если наблюдатель вычислительно ограничен — и принимает описание Вселенной, основанное на «последовательной цепочке опыта», — тогда оказывается, что любая система отсчета, которую он выберет, будет давать воспринимаемые законы физики общей теории относительности и квантовой механики.

Давайте повторим то, что мы обсуждали. В предыдущем разделе мы говорили о том, как различные базовые правила приводят к одним и тем же воспринимаемым законам физики. Но теперь мы говорим, что это происходит не только для разных конкретных правил; это происходит даже тогда, когда Вселенная действует «по всем возможным правилам».

Таким образом, в конечном счете все, что имеет значение в «основном материале» Вселенной, — это ее формальная структура. Тогда законы физики являются просто «формальными следствиями» этой структуры, которые мы воспринимаем такими, какие они есть, из-за того, как мы выбираем «прочитать» вселенную, и, в частности, из-за того, что мы строим последовательную нить опыта. .

От формальной неизбежности к действительности

Набор всех возможных правил является чем-то чисто формальным и в каком-то смысле не имеющим структуры. Но мы обнаружили, что из формального вычислительного процесса применения этих правил мы неизбежно получаем структуру. И если мы подумаем о том, как наблюдатель вроде нас, встроенный в эту систему, воспринимает происходящее, мы придем к выводу, что они неизбежно описывают систему как следующую известным законам физики.

Как это поможет нам понять, почему существует Вселенная? Мы исходим из всех возможных правил. И в основном мы говорим, что наличие вселенной, которая работает так, как мы воспринимаем нашу, является неизбежным следствием существования всех этих возможных правил. Или, другими словами, если эти правила «существуют», то, следовательно, будет и наша Вселенная.

Но что значит, что правила «существуют» и, в частности, существуют все возможные правила? Я считаю, что ключевым моментом является то, что это в некотором смысле абстрактная необходимость. Набор всех возможных правил есть нечто чисто формальное. Его можно представить бесконечным числом способов. Но оно всегда здесь, существует как абстрактная вещь, совершенно независимая от какой-либо конкретной реализации.

Крайне важно, чтобы мы говорили обо всех возможных правилах. Если бы мы говорили о конкретных правилах, нам нужно было бы указать, какие это правила, и для этого нам понадобился бы целый язык и структура. Но это не наша ситуация. Мы говорим обо всех возможных правилах. Мы можем построить некоторое явное символическое представление для этих правил, но выводы, которые мы делаем, в конечном итоге не будут зависеть от этого; они будут работать одинаково, какое бы представление мы ни выбрали.

Мы могли бы предположить, что для создания нашей вселенной нам потребуются определенные данные, определенная информация. Но мы обнаруживаем, что наша Вселенная в некотором смысле похожа на тавтологию; это то, что должно быть так, как оно есть, просто из-за определения терминов. По сути, он существует, потому что должен, или в некотором смысле потому, что все в нем является «логической неизбежностью», без выбора из чего бы то ни было.

Как я упоминал в предыдущем разделе, мы могли предположить, что со всеми возможными правилами никогда нельзя будет сказать ничего определенного. Но главный научный факт заключается в том, что это не так. Только из формальной идеи всех возможных правил следует множество конкретных деталей.

Очевидно ли, что это так? Ну нет. Чтобы понять это, потребовался целый набор идей и разработок, связанных с нашим физическим проектом. Хотя на самом деле он также оказывается тесно связанным с математическими понятиями, такими как так называемый группоид бесконечности, которые возникают на том, что можно было бы считать внешним пределом абстракции в современной чистой математике.

Наш опыт Вселенной

Я привел аргумент в пользу неизбежности существования всей правящей Вселенной. Но как насчет нашего особого восприятия Вселенной? Что ж, это восприятие в некотором смысле сконструировано нами. Например, мы выбираем определенные системы отсчета, в которых мы организуем наше представление о том, что происходит во Вселенной.

В конце концов, результатом нашего восприятия снова является нечто абстрактное — наше конкретное «символическое описание» того, что «на самом деле происходит» во Вселенной. И исходя из этого, мы можем подумать, что, возможно, на самом деле мы ничего не говорим о вещах, «существующих». В конце концов, мы исходим из абстрактных правил, и в итоге все, что у нас есть, — это абстрактное восприятие.

Но главный вопрос заключается в следующем: почему в нашем восприятии Вселенной существует постоянство? Например, может случиться так, что каждое другое возможное правило заставит нас получить совершенно другое впечатление о вселенной. Но опять же, решающим научным фактом является то, что правящая вселенная имеет определенные неизбежные устойчивые черты, которые будут восприниматься по существу одинаково любым «методом восприятия», который вообще похож на наш. А это означает, что имеет смысл говорить о существовании «объективной реальности», независимой от деталей наших методов восприятия, которые, как мы знаем, включают, например, основные законы физики.

Безусловно, наблюдатели вроде нас, погруженные в правящую вселенную, могут по-разному определять свой опыт. На самом деле мы можем вообразить целое правовое пространство возможных форм описания. Это немного похоже на то, что мы воспринимаем знакомую вселенную, основываясь на конкретном месте в обычном пространстве, в котором мы находимся. Точно так же мы ощущаем всю правовую вселенную, основываясь на месте в правовом пространстве, которое соответствует используемому нами описанию вселенной.

Общая структура всей правящей вселенной неизбежна. Но конкретное место в правовом пространстве, в котором мы находимся, зависит от того, как мы выбираем вещи. И да, учитывая нашу особую историю — как биологическую, так и интеллектуальную — существуют определенные ограничения на то, где в правовом пространстве мы можем легко находиться. И, как я недавно говорил в связи с пониманием природы сознания, эти ограничения (по сути, наша вычислительная ограниченность и наше представление об определенной нити опыта во времени) неизбежно приводят нас к столпам известной физики: общей теории относительности и квантовой механике.

Итак, почему существует Вселенная? Мы говорим о том, что вся его правящая структура является логической неизбежностью. Однако в том, как мы его описываем, есть определенная произвольность. Но в разных описаниях есть фундаментальная согласованность, которая позволяет нам разумно полагать, что Вселенная действительно существует.

Есть ли более короткий способ сказать, что происходит? Главный научный результат, который мы используем, заключается в том, что произвольная абстракция, если ее обыграть достаточно полно, в некотором смысле неизбежно читается как физика для таких наблюдателей, как мы. Итак, Вселенная — с той физикой, которую мы в ней воспринимаем, — существует, потому что формально неизбежно, что она существует.

Откуда все берется?

С вопросом о том, почему существует вселенная, тесно связан вопрос о том, почему существует нечто, а не ничто. И что мы можем теперь сказать, так это то, что что-то существует, потому что — по существу, как вопрос определения — все возможные формальные правила неизбежно существуют в каком-то абстрактном смысле.

Наука говорит, что если применять эти правила, то в конечном итоге они создают правящую вселенную. Но зачем их применять? Почему это не просто статические абстрактные конструкции?

В каком-то смысле это сбивает с толку, когда говорят о «применяемых» правилах. Правила просто абстрактно определяют, что дает что — или как «создать» последствия правил. Это немного похоже на систему аксиом в математике. Как только у вас есть аксиомы, тут же появляется набор абстрактных следствий, а именно все возможные теоремы, которые можно доказать из аксиом.

Но в некотором смысле то, о чем мы говорим в терминах произвольных правил, находится на более низком уровне, чем обычное рассмотрение систем аксиом в математике. Правила определяют свой собственный «способ применения». И мы смотрим не просто на «конечные последствия» правил, но на структуру, порожденную всем «пошаговым» процессом каждого возможного применения правил со всеми сложными переплетениями между ними.

На каком-то уровне мы можем просто думать об абстрактном применении правил. Но в наших физических моделях есть интерпретация этого: последовательность применяемых правил определяет ход времени. Существуют «логически неизбежные» цепочки применения правил. Но для нас как наблюдателей, встроенных в систему, — особенно с нашим способом настройки нашей нити сознания — мы воспринимаем это как течение времени или, по сути, «вещи, происходящие во Вселенной».

Рассуждая таким образом о вещах, можно спросить: «С чего началась Вселенная?» «Что заставляет правила на самом деле применяться?» Ну ничего. Потому что правила просто определяют, как можно построить абстрактные последовательности. А если следовать последовательности, ее можно интерпретировать как отражение течения времени. Но нет «драйвера», который говорит что-то вроде «теперь это правило применяется». Последовательности, генерируемые последовательным применением правил, представляют собой просто абстрактные «логические возможности».

Но теперь помните, что мы наблюдатели, встроенные во всю эту установку, и все, что касается нашей деятельности, также определяется теми же самыми абстрактными правилами. Итак, да, мы можем интерпретировать применение правил как связанные с течением времени. Но время не должно течь с определенной скоростью. Время для нас как наблюдателей и для Вселенной, которую мы наблюдаем, в некотором смысле «проходит, когда проходит».

Есть приложения правил, которые могут происходить во вселенной в целом, и есть приложения правил, которые могут происходить в нас. И именно их абстрактное взаимодействие заставляет нас воспринимать вселенную так, как мы это делаем.

Ничего не требовалось для «запуска приложений правил». Они абстрактно определены, и их абстрактные последовательности соответствуют эволюции Вселенной и нас в ней. Как и сами правила, они представляют собой неизбежные абстрактные конструкции. И эти абстрактные построения, когда они достаточно полно разыгрываются, дают то, что мы можем интерпретировать как всю эволюцию Вселенной во времени. Но для начала ничего не нужно. Вся структура просто в каком-то смысле «абстрактно существует».

Значит ли это, что всю историю вселенной можно рассматривать как «абстрактную вещь», которая каким-то образом «непосредственно определена»? Ну нет, ни в каком полезном смысле. Потому что феномен вычислительной несводимости подразумевает, что более длинные цепочки приложений правил в некотором смысле «делают неустранимо больше» или «неустранимо продвигаются дальше». Они определяют структуру, которая неизбежно нуждается в применении этих правил. Не существует общего способа «прыгнуть вперед» и получить результат, не выполняя все приложения правил.

Вычислительная несводимость — это то, что в некотором смысле создает структуру во Вселенной. Применяются все возможные правила. Но в этом есть неизбежный и неустранимый паттерн, который мы интерпретируем как созданный течением времени. И хотя все в нем с самого начала в каком-то смысле «абстрактно определено», в этих «последствиях» по мере их развития есть что-то «принципиально более тяжелое».

Кстати, в дополнение к вопросу о том, как «начались» правила, можно попытаться спросить, «с чего они начались», или, другими словами, какова была «начальная структура данных» вселенной? Но еще раз, нам не нужно спрашивать об этом. Потому что среди «всех возможных правил» будут те, которые эффективно создают любое возможное начальное условие.

Но тогда можно спросить, почему это не означает, что с самого начала во вселенную можно было просто вставить абсолютно все что угодно? Все довольно тонко и не так формально проработано, как я надеюсь. Но взаимодействие вычислительной несводимости, универсальности вычислений и встраивания нас как наблюдателей, использующих те же правила, что и вселенная, по-видимому, подразумевает, что окончательную воспринимаемую структуру правящей вселенной можно рассматривать как построенную из «базовых правил», которые ограниченная сложность, хотя в некотором смысле все возможные правила могут внести свой вклад.

Это единственная Вселенная?

Если бы вселенная была основана на определенном основополагающем правиле, казалось бы, не было бы причин, почему не должно быть других вселенных, основанных на других правилах. Но поначалу весьма удивительным следствием нашего подхода является то, что на самом деле Вселенная основана на всех формально возможных правилах. Следствием этого является то, что может быть только одна вселенная, которая, как мы утверждали, в каком-то смысле неизбежно существует.

Но вся эта «правильная вселенная», основанная на всех возможных правилах, есть нечто очень большое, и мы переживаем лишь малую ее часть. В физическом пространстве мы привыкли к тому, что живем на определенной планете на краю конкретной галактики. Но теперь мы понимаем, что мы также выбираем лишь крошечную часть правящего пространства всех возможных описаний вселенной. Если бы наш сенсорный аппарат или наше интеллектуальное развитие были иными, мы могли бы описывать Вселенную совершенно по-разному.

Однако, как я утверждал в другом месте, как только мы воображаем, что оперируем чем-то вроде сознания, возникают ограничения, в частности то, что мы должны быть вычислительно ограниченными наблюдателями, которые описывают вещи в терминах единого потока опыта. сквозь время. И тогда важно, что одни только эти ограничения делают неизбежным то, что мы припишем Вселенной физику со знакомыми основными чертами, такими как общая теория относительности и квантовая механика.

Несмотря на то, что в полной правящей вселенной существует множество других возможностей, особенности, которые мы пробуем нашим сознанием, следуют знакомым нам законам физики. Или, другими словами, у нас есть особое восприятие Вселенной, которое действует по определенным законам.

Но решающим моментом является то, что эти конкретные законы не являются фундаментальной особенностью Вселенной; они просто особенность нашего описания и нашей выборки Вселенной. И точно так же, как мы можем представить себе использование космических кораблей или телескопов для изучения отдаленных регионов физического пространства, мы можем представить себе использование различных форм описания и анализа для изучения различных частей реального пространства.

Я не буду подробно обсуждать это здесь, но можно, например, представить себе движение в обычном пространстве: прогрессивно меняющееся со временем описание вселенной. И точно так же, как скорость света ограничивает движение в физическом пространстве, существует константа, которую мы называем ρ (но значение которой мы пока не знаем), которая ограничивает движение в обычном пространстве.

Когда мы впервые задали вопрос «Почему существует Вселенная?» казалось трудным понять, как можно выдвинуть абстрактный аргумент, который позволил бы сделать какой-либо вывод о существовании конкретной вселенной, в которой мы, кажется, находимся. Но ключевой момент заключается в том, что полная правящая вселенная не требует особого выбора; это нечто формально неизбежное. Но то, что мы воспринимаем как нашу вселенную, является лишь частью этой полной правящей вселенной, и частью, определяемой особенностями того, как мы — с нашим сознанием — выбираем описание мира.

«инопланетный разум» может не использовать то же описание. Он неизбежно должен существовать в той же самой правящей вселенной. Но это может быть довольно далеко в правящем пространстве. И поэтому его восприятие вселенной и ее законов может сильно отличаться от нашего. Например, он может не иметь ни одного из привычных нам понятий пространства или времени, а вместо этого описывать вселенную в терминах особенностей конфигураций атомов пространства и их причинных связей, к которым мы не готовы получить доступ или рассуждать о них.

Можем ли мы в принципе перевести их описание на наше? В некотором смысле это предполагает движение в пространстве правил — так что существуют ограничения, накладываемые ρ. Но с практической точки зрения это нечто чрезвычайно сложное, как предполагает наша неспособность переводить даже описания, предположительно близкие в правовом пространстве, такие как животные или ИИ.

Если мы ограничимся описаниями, связанными с чем-то наподобие сознания, то мы утверждаем, что неизбежно приписываем нашей вселенной наши знакомые законы физики. Но без этого ограничения можем ли мы что-нибудь сказать о нашей Вселенной и какие законы мы ей припишем? Другими словами, существуют ли общие законы правящей вселенной даже за пределами конкретного среза, который мы изучаем?

Ответ заключается в том, что определенно существует один такой закон, а именно, что вселенная в основе своей является вычислительной. Другими словами, какой бы язык описания мы ни использовали, мы всегда можем в конечном счете представить то, что делает Вселенная, с точки зрения работы стандартного универсального компьютера, такого как универсальная машина Тьюринга.

Мы утверждали, что правящая вселенная — это в некотором смысле просто представление (запутанных и неустранимых в вычислительном отношении) неизбежных последствий следования всем возможным формальным правилам. Но когда мы говорим обо всех возможных формальных правилах, мы неявно делаем предположение, что эти правила могут быть сформулированы в какой-то явной символической форме. И именно поэтому мы заключаем, что все в правящей вселенной является вычислительным — в том смысле, что оно может быть представлено стандартным универсальным компьютером — а не «гипервычислительным» (например, требующим оракула, который может немедленно ответить на вопросы, которые потребовали бы бесконечных вычислений в стандартного универсального компьютера или с использованием «гиперправил», непосредственно представляющих такие операции).

Так может ли на самом деле существовать «гиперрулиальная вселенная», которая также содержит формальные правила, связанные с гипервычислениями? Ответ заключается в том, что да, конечно, может быть. Но в каком-то смысле это не имеет значения. Потому что, если способ, которым мы сэмплируем правящую вселенную, включает самое обычное универсальное вычисление, мы никогда не будем исследовать эти гипервычислительные элементы. Или, другими словами, любая гипервычислительная часть правящей вселенной всегда будет защищена от нас правящим горизонтом событий.

Итак, да, «гипервселенная» может существовать. Но это никогда не имело бы значения ни для нас, ни для нашей цели понять, почему Вселенная — как мы ее воспринимаем — существует.

Подведем итоги: мы начинаем с идеи, что все возможные формальные правила «существуют» как абстрактные конструкции, которые следуют непосредственно из абстрактных определений. Затем мы утверждаем, что правящая вселенная — это неизбежная структура, производная от этих правил. Мы, как наблюдатели, выбираем определенный способ (согласующийся, например, с нашим представлением о сознании) для описания этой структуры. И именно эта форма описания дает нам наши воспринимаемые законы физики.

Существование и структура правящей вселенной в некотором смысле является необходимым абстрактным фактом (подобно 1 + 1 = 2). Наша конкретная выборка — это «точка зрения», которую мы выбираем. Но какой бы ни была эта «точка зрения» — или, другими словами, где бы мы ни находились в правовом пространстве, — мы все равно придем к выводу, что вселенная существует или что вселенная существует. Законы, которые мы воспринимаем, будут зависеть от нашей «точки зрения» — хотя мы знаем, что простое добавление ограничения «точки зрения, основанной на сознании» уже даст нам основные знакомые законы физики.

Когда дело доходит до гипервселенной, мы можем сказать, что да, если наша точка зрения лежит в гиперрулиальном пространстве, тогда мы могли бы захотеть выяснить, почему гипервселенная существует. Но как бы то ни было, наша точка зрения находится где-то в обычном правовом пространстве, где мы знаем, что есть «правильная вселенная, которая существует внизу».

Почему эта Вселенная?

Почему мы получили именно эту вселенную с ее подробными характеристиками, а не другую? В прошлом мы могли бы предположить, что это связано с произволом в создании или устройстве самой вселенной. И действительно, бесконечные мифологии описывают механизмы, с помощью которых мог быть сделан выбор относительно вселенной. В последнее время в некоторых кругах также принято говорить о возможности того, что вселенная может быть «симуляцией», работающей как видеоигра, которая запускается на каком-то «внешнем компьютере».

Но я утверждаю, что в каком-то смысле у фундаментальной структуры Вселенной нет выбора. На уровне полной правящей вселенной все неизбежно и необходимо. Нет никакого выбора в отношении правила — или программы — для вселенной. Все правила существуют, и это вопрос чисто абстрактного «логического» следствия, что полная правящая вселенная имеет структуру, которую она имеет.

Что является «условным», так это то, как мы пробуем эту полную правящую вселенную. У нас есть определенная точка зрения на вселенную, и именно она дает нам воспринимаемые нами детали. У нас может быть другая точка зрения. И, может быть, на каком-то этапе развития нашего вида и нашей цивилизации у нас это будет. И в этот момент мы могли бы описать Вселенную иначе, чем сейчас, ссылаясь на другие законы физики, чтобы объяснить то, что мы видим в контексте описания, которое мы тогда используем.

Но решающим моментом является то, что на уровне фундаментальной структуры вселенной нет выбора. Выбор зависит от нашего способа описания вселенной и, по сути, от того, где мы оказались в правовом пространстве.

Если мы представим вселенную как симуляцию, то будет сказано, что нет выбора, «какая видеоигра запускается». В некотором смысле это все возможные видеоигры — со всеми возможными основополагающими правилами. И дело в том, что получившаяся в результате правящая вселенная является лишь неизбежным формальным следствием действия этих лежащих в основе правил. По прихоти можно было бы говорить о правилах как о «работе на внешнем компьютере». Но это все равно, что говорить о 1 + 1 = 2 с точки зрения подсчета физических камней. Ни одна из этих «историй создания экземпляров» не имеет никакого значения для структуры того, что получается.

Возможно, будет полезно поговорить более практически о реальном «существовании внутри видеоигры». Представьте, что когда-нибудь в будущем цифровое представление функций нашего мозга можно будет загрузить в компьютер. И представьте, что на компьютере работает какая-то «вселенская операционная система», которая реализует видеоигру — с нашими «цифровыми разумами» внутри нее. Вопрос тогда в том, какое восприятие наши цифровые умы будут иметь об окружающей среде, в которой они находятся, и, например, каковы ее действующие законы физики.

Сначала мы могли бы предположить, что просто воспримем законы физики, которые были «запрограммированы в видеоигре». Но это сложнее. Потому что, если мы являемся «частью видеоигры», наш разум должен работать в соответствии с той же программой, что и все остальное, что гораздо ближе к установке наших моделей фундаментальной физики. И — если предположить, что «вселенская операционная система» реализует универсальные вычисления (которые, по-видимому, необходимы для включения нашего цифрового разума), — мы, по сути, возвращаемся в ту же формальную ситуацию, о которой говорили.

Конечно, если есть ограничения по ресурсам, «внешний мир» будет влиять на наш опыт. Но без них мы снова имеем дело с формальной вычислительной системой. Как насчет идеи «использования всех возможных правил»? Что ж, если у нас есть универсальная вычислительная система, мы в принципе можем это сделать. И построить такую же формальную структуру правящей вселенной.

Но тогда возникает вопрос: где в этой правящей вселенной наши цифровые умы «естественным образом окажутся»? И дело в том, что нет причин думать, что это будет иметь какое-либо соответствие «правильному местоположению» для наших незагруженных умов в обычной вселенной. Другими словами, описание, которое мы даем обычной вселенной, может полностью отличаться от описания, которое наши загруженные разумы дадут в «симуляционной вселенной».

В обоих случаях (без учета «ресурсных ограничений») существует одна и та же правильная вселенная. Но мы потенциально пробуем разные ее части — с такими же бессвязными взглядами на вселенную, как те, которые могли бы быть у нас и предполагаемых инопланетян.

Первичные двигатели и путь от абстракции к абстракции

В некотором смысле вопрос о том, почему существует вселенная, сводится к тому, почему что-либо «актуализируется». Одно дело сказать, что вселенную можно представить с помощью формальных правил; другое дело сказать, что эти правила «актуализированы». И многие прошлые анализы пришли к выводу, что должен быть некий «перводвигатель», который «вдыхает реальность» в формальные правила. Но то, что я утверждал здесь, заключается в том, что ничего подобного не нужно.

Вместо этого вся сложная структура правящей вселенной неизбежно возникает как необходимое следствие самого определения всех возможных формальных правил. И дело в том, что мы — как наблюдатели, встроенные в эту правящую вселенную, — имеем определенное восприятие происходящего, которое в некотором смысле «составляет нашу реальность».

Но где же во всем этом чисто формальное превратилось в нечто «действительное» или «действительное»? Ну, на каком-то уровне, в конце концов, это не так. Потому что, в конце концов, мы говорим о нашем восприятии или, по сути, о нашем абстрактном описании того, что происходит во Вселенной. Так что в каком-то смысле все, что мы делаем, — это просто переход от абстракции к абстракции. Так где же «актуализация» или «реальность»?

Ну, все дело в том, что наша наука подразумевает определенную устойчивость или неизменность окончательного абстрактного описания Вселенной, которое мы формируем. Если бы мы исходили из всех формально возможных правил и в каком-то смысле восприятие каждым происходящего во Вселенной делало что-то вроде «выбрали другое правило» и давало совершенно другое абстрактное описание Вселенной, то было бы бесполезно думайте обо всем как о «актуализирующемся».

Но вместо этого мы знаем, что — по крайней мере, до тех пор, пока мы следуем ограничениям, связанным с сознанием — между различными абстрактными описаниями, которые мы получим, будет большое соответствие, и, например, все они будут согласовываться в основных законах сознания. физика.

Полагаю, мы могли бы сказать, что «реальность — это иллюзия» в том смысле, что в конце концов мы переходим от чистой абстракции к чистой абстракции. Но все дело в том, что с точки зрения науки обязательно существует соглашение о том, что «посередине». И именно поэтому мы можем с пользой для дела говорить о «реальности» как о чем-то объективном.

И о формальной неизбежности этого можно сказать, «почему существует Вселенная».

Отношение к математике

Для большинства людей факт существования физической вселенной кажется само собой разумеющимся. Но вопрос о том, существует ли математика «внутренне как определенная вещь», обсуждался, по крайней мере, со времен Платона.

Один из взглядов на математику заключается в том, что она включает в себя просто запись любой желаемой системы аксиом, а затем вычисление ее следствий. И, по крайней мере, сначала это кажется очень отличным от физики, где можно представить, что начинают с нашего конкретного мира, как он есть, а затем пытаются найти его формальное представление (или «модель»). И да, наше стремление найти полную и точную фундаментальную теорию физики можно рассматривать как попытку «свести физику к математике» — в том смысле, что она пытается дать нам конкретную формальную («аксиоматическую») систему, воспроизводящую что делает физическая вселенная.

Сначала мы могли бы представить, что эта формальная система для физики должна быть чем-то очень особенным, а не чем-то вроде «произвольных систем аксиом», которые мы могли бы записать в качестве основы математики. Но из того, что мы видели здесь, ситуация более тонкая, чем эта. Потому что «под физикой» в известном смысле находятся все возможные формальные системы.

В самом начале мы могли бы вообразить, что математика является чем-то гораздо более общим, чем физика, потому что она может работать с любой формальной системой, которую мы запишем. Но теперь кажется, что наоборот: физика основана на всевозможных формальных системах, а математика — на частных формальных системах (геометрия, алгебра и т. д.), которые нам посчастливилось вписать в историю человеческой математики.

Мы утверждали, что существование Вселенной в конечном счете является следствием того факта, что все возможные формальные системы существуют в силу абстрактной необходимости. Так можем ли мы использовать аналогичный аргумент для «существования математики»?

Скорее всего, сможем — по крайней мере, если немного изменим наше описание того, что такое математика. В «аксиоматической традиции» было принято считать, что математика в принципе может быть основана на любых формальных аксиомах, которые мы хотим, хотя на практике мы выбираем конкретные. Но альтернативная точка зрения состоит в том, что в конечном итоге математика, как и физика, на самом деле основана на всех возможных формальных (аксиомных) системах.

В физике мы описываем конструкцию, созданную из всех возможных формальных систем, как правящую вселенную. Так что же является аналогом в математике? Что ж, это одно и то же!

В собственно чистой математике прошлого века все чаще стали изучать пространства всех возможных вещей определенных типов. Но аналог правящей вселенной — это своего рода окончательный ограничивающий пример, который, вероятно, лучше всего описывается с помощью теории высших категорий как бесконечный группоид. И да, примечательный факт заключается в том, что подобные конструкции — образованные «из всех возможностей» — на самом деле в конечном итоге имеют определенную, богатую структуру.

Но, ладно, значит, в интерпретации, что математика — это то, что образовано из всех возможных формальных систем, в ее основе лежит определенная вещь — и это та же правильная структура, что и в физике.

На самом низком уровне структура полна вычислительной несводимости. Но в случае с физикой мы знаем, что как вычислительно ограниченные наблюдатели «одного потока опыта» отбираем определенные срезы структуры, которые демонстрируют вычислительную сводимость — и дают нам известные физические законы.

Итак, как мы получаем образец структуры правления, когда занимаемся математикой? Я не совсем уверен, что такое метаматематический аналог ограничений сознания в физике, хотя концепция объединения вещей в системы отсчета может быть связана с концепцией «эквивалентность эквивалентна равенству», отраженной в аксиоме однолистности в теории гомотопических типов. .

Каждая потенциальная правильная система отсчета может рассматриваться как использующая другой язык описания для математики (скажем, в простом случае, алгебраический против геометрического и т. д.). Но тогда фундаментальная черта структуры правил (по сути, следствие каузальной инвариантности) заключается в том, что разные системы отсчета дадут эквивалентные результаты. В физике это приводит к общей теории относительности и квантовой механике, а также к осмысленному понятию «объективной реальности» для пространства-времени и квантовых явлений.

И — если мы можем построить что-то вроде систем отсчета — должны существовать аналогичные «глобальные законы метаматематики», которые, по сути, описывают «объективную реальность математики» независимо от конкретного способа описания, который мы используем. Я еще не совсем понимаю, как сформулировать эти глобальные законы, хотя, возможно, такие подходы, как теория категорий, дают подсказки.

Объясняя, почему существует физическая вселенная, мы частично проходим путь, говоря об абстрактной необходимости правящей вселенной. И с идеей о том, что такая же правильная структура существует «под математикой», мы снова получаем часть пути к объяснению того, что математика «существует как определенная вещь».

Но чтобы двигаться дальше, я думаю, мы должны рассмотреть «восприятие математическими наблюдателями» точно так же, как мы рассматриваем «восприятие физическими наблюдателями». И что важно для физических наблюдателей, таких как мы, так это то, что им удается сэмплировать поддающиеся вычислению срезы реальной вселенной, которые они воспринимают как содержащие «определенные вещи», согласованные, например, между разными наблюдателями.

Одна из загадок математики заключается в том, что можно добиться прогресса, не погрязнув постоянно в вычислительной несводимости и таких явлениях, как неразрешимость. Но в некотором смысле это всего лишь математический аналог того факта, что мы, наблюдатели в физической вселенной, можем идентифицировать срезы вычислительной сводимости — и не погрязнуть в вычислительной несводимости и полной непредсказуемости.

Должен сказать, что в прошлом я совсем не был уверен, что математику можно мыслить как «фундаментально существующую как определенную вещь». Я думал о нем скорее как о созданном человеком артефакте, построенном на определенных аксиоматических основаниях, которые в некотором смысле были историческими случайностями. Но теперь, когда мы лучше понимаем, почему существует физическая вселенная, мне кажется более вероятным, что мы должны думать о математике также как о «существующей вещи». И что все наши исторически созданные башни математических результатов — это всего лишь взгляды — основанные на определенных системах отсчета — на конечную структуру, которая «является математикой».

Как мы должны относиться ко всему этому?

Может ли вселенная на каком-то уровне быть просто формальной вещью? Каким бы концептуально элегантным — или даже красивым — ни казался этот вывод, пока я сижу и печатаю эти слова, какая-то часть меня все еще сопротивляется ему. Ведь клавиатура под моими пальцами ощущается как настоящая. Экран передо мной я могу протянуть руку и коснуться. Но, конечно же, история науки продолжает показывать нам, насколько ошибочными могут быть наши чувства и интуиция.

Четыре века назад, например, мы узнали, что, несмотря на непосредственное свидетельство наших чувств, Земля вращается вокруг Солнца. И теперь я утверждаю, что снова — несмотря на непосредственные свидетельства наших чувств — все, что мы переживаем, на самом деле является просто отражением абстрактной формальной структуры. И что никакой «особой искры реальности» ни с чем не связано.

В нашем все более виртуализирующемся современном мире может казаться более правдоподобным, что это может быть правдой. Но все же есть что-то шокирующее в представлении о том, что в некотором смысле все фундаментально виртуально или формально. И что не существует окончательного, лежащего в основе «реального субстрата»; все «формально до самого низа».

Сначала это может показаться разочаровывающим. Нам хотелось бы думать, что то, что происходит — или то, что мы делаем — во Вселенной, является чем-то «реальным», а не просто виртуальным или формальным. В конце концов, мы могли бы подумать, что если все виртуально, то ничего принципиально нельзя «достичь», например, с течением времени.

Но в одном важном смысле это неверно. Потому что даже если результат может быть «виртуальным», все же может быть что-то определенное и неустранимое, необходимое для его создания. И, в частности, феномен вычислительной неприводимости — вместе с принципом вычислительной эквивалентности — подразумевает, что существует множество процессов, определяемых формальными правилами, где единственный способ найти их результат — это эффективно запустить правила неприводимое количество раз.

Если бы можно было всегда «прыгать вперед» и сразу определять результат, то можно было бы разумно сказать, что «ничего не достигается», «проживая» всю эволюцию системы. Но вычислительная несводимость подразумевает, что «путешествие необходимо» — и, по сути, оно позволяет достичь чего-то, чего без него было бы невозможно.

Со времен Коперника наука показывает нам, в чем мы не особенные. Земля не находится в центре всего. Жизнь не сделана из материала, отличного от всего остального. И действительно, моя собственная предыдущая работа утверждала, что принцип вычислительной эквивалентности подразумевает, что в интеллекте нет ничего принципиально особенного, кроме «простых вычислений».

Я утверждаю, что даже во всей нашей вселенной нет ничего особенного; все просто определяется абстрактной необходимостью. На каком-то уровне мы можем рассматривать это как окончательное «коперниканское принижение» и окончательное заявление о том, насколько мы «не особенные» и неважные.

Но есть и другая точка зрения, которая в каком-то смысле ставит нас в центр всего. Да, вся правящая вселенная есть абстрактная необходимость. Но конкретный язык описания — или «властное положение», — которое мы занимаем, является для нас чем-то совершенно особенным.

В пространстве всех возможных правящих должностей ту, которую мы занимаем, можно рассматривать как произвольную и «не особенную». Но для всего, что касается вселенной, какой мы ее воспринимаем, она является решающей и центральной — и в некотором смысле именно она создает для нас вселенную, какой мы ее знаем.

Мы могли бы подумать, что окончательная история науки будет посвящена тому, что «дает нам Вселенная». Но вместо этого приведенные здесь аргументы подразумевают, что на самом деле речь идет о том, что мы «берем из вселенной» — и о том, как мы настроены на выборку всей правящей вселенной.

Примечательно, что наш способ описания — или выборки — правящей вселенной определяется не только «чистой физической формой» того, где мы находимся в физическом пространстве, или тем, как мы устроены как биологические организмы. Это также зависит от того, как мы «мысленно моделируем» мир и как наше формальное мышление описывает то, что мы воспринимаем, как происходящее.

Мы могли бы надеяться, что интеллект будет чем-то, что, как покажет наука, является нашей фундаментальной особенностью. Но принцип вычислительной эквивалентности подразумевает, что «абстрактный интеллект» на самом деле является обычным явлением. Значит ли это, что в нас нет ничего особенного? Ну нет. Это просто подчеркивает важность всех тех конкретных деталей, которые делают человеческий интеллект и человеческие условия такими, какие они есть. Другими словами, изучая «общую науку», мы приходим к пониманию того, что на самом деле важны наши человеческие детали.

И так, я думаю, когда дело доходит до взгляда на всю нашу вселенную. То, что является особенным и значительным, не является каким-то общим аспектом того, что лежит в основе структуры вселенной. Вместо этого это детали того, как мы, люди, описываем вселенную. (Хотя, как мы уже говорили, общие «характеристики сознания» этого описания надежно дают нам законы физики, такие как теория относительности и квантовая механика.)

Итак, в конце концов, когда мы основы науки, мы в некотором смысле возвращаемся к тому, что люди находятся в центре всего. Мы могли бы подумать, что наука каким-то образом давным-давно «отвлекла нас, людей». Но вместо этого единственный способ сделать что-либо осмысленным — это в каком-то смысле поместить нас прямо в центр всего, с особенностями нашего восприятия, определяющими то, как мы описываем Вселенную и что мы считаем реальностью Вселенной.

Когда я смотрю на свое физическое окружение, меня все еще немного шокирует мысль о том, что все это в каком-то смысле просто «создано мной» путем «связывания» какой-то родовой «формальной абстракции». Да, вычислительная ограниченность и последовательная цепочка опыта, которые, по-видимому, составляют основу того, что мы рассматриваем как сознание, вызывают определенные свойства физической среды, которые соответствуют известным нам законам физики. Но какой-то предполагаемый инопланетянин — или даже будущий человек или человекоподобное существо — все же может воспринимать эту физическую среду совершенно по-другому, хотя в конечном счете она всегда основана на одной и той же формальной структуре.

Но хотя это может показаться другой вселенной, она все равно будет казаться какой-то вселенной (хотя, возможно, непоследовательно отличной от нашей). И как бы мы это ни воспринимали, вывод будет тот же: из чистой абстрактной необходимости следует, что вселенная существует и что есть нечто, а не ничто.

Примечания

Здесь я попытался набросать свои недавние размышления над вопросом, определенным в заголовке. Некоторое время я подозревал, что открытия нашего физического проекта (и его предшественников в моей работе с 1990-х), возможно, есть что сказать по этому вопросу. Но в недавнем размышлении, которое я описываю здесь, я смог добиться, по крайней мере, большего прогресса, чем я ожидал.

Я хорошо знаю, что вопрос, который я задаю, обсуждался философами и другими на протяжении столетий. И, безусловно, было бы очень интересно узнать, как то, что я говорю здесь — с его основаниями в нашей современной науке — может относиться к тому, что было сказано ранее. Но я ожидаю, что это будет сложный проект, который неизбежно потребует создания интеллектуальных мостов между очень разными типами мышления, а я лично не пытался это сделать.

Стоит подчеркнуть, что то, что я говорю в этой статье, — всего лишь набросок. Кроме всего прочего, я умолчал о многих технических деталях, особенно об устройстве правящего пространства.