Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности - Брайан Грин

65

Альтернативное объяснение тонкой подстройки может заключаться в так называемом антропном принципе, который утверждает, что Вселенная такова, какова она есть, просто потому, что если бы она была иной, нас бы не было. Если бы с самого начала плотность Вселенной не была точно равна критической, жизнь никогда не возникла бы. Инфляционная космология решает эту частную проблему тонкой настройки параметров, но не решает проблему тонкой настройки вообще, так как точное равенство плотности Вселенной критической плотности — далеко не единственный пример тонкой настройки параметров. Другим примером является спектр масс элементарных частиц — будь он немного иным, не смогли бы возникнуть тяжёлые химические элементы и жизнь вместе с ними. Есть и некоторые другие подобные совпадения. Их по-прежнему приходится объяснять в рамках антропного принципа. (Прим. ред.)

66

Скайрайтинг (от англ. skywriting) — хорошо известное на Западе средство распространения рекламы, представляющее собой короткое сообщение, написанное на небе самолётом при помощи дымовой струи, принимающей форму букв сообщения. (Прим. ред.)

67

По современным представлениям, первые звёзды сформировались раньше, чем оформились первые галактики. Такие звёзды называются звёздным населением III типа (см., например: Coppi P. S., Bromm V., Larson R. B. Towards Population III: The Collapse and Fragmentation of Primordial Gas // arXiv:astro-ph/0103382). (Прим. ред.)

68

Раньше, чем по измерениям, выполненным на спутнике COBE, анизотропия реликтового излучения была обнаружена по измерениям на борту советского спутника серии «Прогноз» в эксперименте под названием «Реликт» по руководством И. А. Струкова. В отличие от эксперимента на COBE измерения в эксперименте «Реликт» проводились только на одной частоте, поэтому обработка данных оказалась очень сложной. Первые положительные результаты об обнаружении анизотропии были доложены А. А. Брюхановым в январе 1992 г. на семинаре в Государственном астрономическом институте им. Штернберга (ГАИШ) и в это же время посланы статьи в научные журналы. Первое сообщение о результатах COBE было сделано Дж. Смутом в конце апреля 1992 г. В 2006 г. Дж. Смут за открытие анизотропии реликтового излучения получил Нобелевскую премию. (Прим. ред.)

69

Аналогия с резиновыми лентами хотя и полезна, но неточна. Направленное внутрь отрицательное давление, создаваемое резиновыми лентами, затрудняет расширение комнаты, тогда как отрицательное давление инфлатона заставляет расширяться пространство. Это важное различие иллюстрирует уточнение, подчёркнутое в разделе «Эйнштейн и отталкивающая гравитация» [аб. 9]: в космологии однородное отрицательное давление само по себе вовсе не вызывает расширение (к возникновению сил приводит только разность давлений, так что однородное давление, как положительное, так и отрицательное, сил не вызывает). Дело в том, что давление, подобно массе, вызывает гравитационную силу. А отрицательное давление вызывает отталкивающую гравитационную силу, которая ведёт к расширению пространства. Это не влияет на наши заключения.

70

Когда Вселенная расширяется, потеря энергии фотонами может непосредственно наблюдаться вследствие увеличения их длин волн (они подвергаются красному смещению), и чем больше длина волны фотона, тем меньшей энергией он обладает. Фотоны микроволнового фона подвергались такому красному смещению около 14 млрд лет, что объясняет их большие — микроволновые — длины волн и их низкую температуру. Аналогично, материя теряет свою кинетическую энергию (энергию движения частиц), но полная энергия, связанная в массе частиц (их энергия покоя — энергия, эквивалентная их массе, когда они покоятся), остаётся постоянной.

71

Некоторые исследователи, включая Алана Гута и Эдди Фархи, изучали, можно ли гипотетически создать новую Вселенную в лаборатории путём синтеза кусочка поля инфлатона. Абстрагируясь от факта, что мы всё ещё не имеем прямого экспериментального доказательства того, что существует такая вещь, как поле инфлатона, отметим, что десять килограммов поля инфлатона нужно было бы втиснуть в ничтожный объём пространства размером около 10−26 см, а потому плотность была бы гигантской — примерно в 1067 раз больше плотности атомных ядер, — а это находится за пределами того, что мы можем сделать сейчас или, вероятно, когда-либо.

72

Не надо путать: инфляционное растягивание квантовых флуктуаций, обсуждавшееся в предыдущем разделе, по-прежнему производит мелкие неизбежные неоднородности с частотой порядка 1 к 100 000. Но эта мелкая неоднородность накладывается поверх гладкой Вселенной. Возникновение именно этой гладкой и однородной Вселенной мы сейчас и описываем.

73

Для простоты изложения мы будем рассматривать только поля, которые достигают своей наименьшей энергии, когда их величина равна нулю. Обсуждение других полей — полей Хиггса — идентично, за исключением того, что поля колеблются вокруг ненулевой величины поля с минимальной энергией. Если вы хотите сказать, что область пространства пуста, только если там не присутствует материя и все поля отсутствуют, а не просто имеют величину нуль, смотрите примечание {225}.

74

Остаток этой главы излагает открытие теории суперструн и обсуждает основные идеи теории относительно унификации структуры пространства-времени. Читавшие «Элегантную Вселенную» (особенно главы с 6 по 8) будут знакомы почти со всем материалом и могут свободно пропустить эту главу и переходить к следующей.

75

Вспомним, как отмечалось в главе 9, что даже слабый магнит может пересилить притяжение всей земной гравитации и притянуть вверх скрепку для бумаги. Численно это значит, что гравитационная сила составляет примерно 10−42 от величины электромагнитных сил.

76

Я могу заметить, что последователи другого подхода по соединению общей теории относительности с квантовой механикой, петлевой квантовой гравитации, которая будет коротко обсуждаться в главе 16, придерживаются той точки зрения, которая недалека от первого из упомянутых выше предположений, — что на самых мелких масштабах пространство-время имеет дискретную структуру.

77

Связь с массой, возникающей из Хиггсова океана, будет обсуждаться в этой главе позже.

78

Филипп Пети — знаменитый французский канатоходец, прошедший в 1974 г. по канату, натянутому между башнями-близнецами в Нью-Йорке (теми самыми, что были разрушены в результате теракта 11 сентября 2001 г.). (Прим. ред.)

79

Если вы посчитаете все направления влево, вправо, по часовой стрелке и против часовой стрелки отдельно, вы придёте к заключению, что червяк может двигаться в четырёх измерениях. Но когда мы говорим о «независимых» измерениях, мы всегда группируем те из них, которые лежат вдоль одинаковых геометрических осей — вроде влево и вправо, а также по часовой стрелке и против часовой стрелки.

80

Позвольте мне подготовить вас к одному существенному результату, с которым мы столкнёмся в следующей главе. Струнные теоретики десятки лет знали, что уравнения, которые они обычно используют для математического анализа теории струн, являются приближёнными (точные уравнения оказывается трудно найти и понять). Однако большинство думает, что приближённые уравнения были достаточно точны для определения требуемого числа дополнительных измерений. Совсем недавно (и к изумлению большинства физиков, работающих в этой области) некоторые струнные теоретики показали, что приближённые уравнения теряют одно измерение; сейчас признано, что теория требует семь дополнительных измерений. Как мы увидим, это не компрометирует материал, обсуждаемый в этой главе, но показывает, что он должен быть вложен в более широкую, фактически ещё более унифицированную схему.{226}

81

Точнее говоря, эти клейкие сущности называются p-бранами Дирихле или, для краткости, D-p-бранами. Мы будем придерживаться укороченного названия: p-браны.

82

Существует даже гипотеза, выдвинутая Лизой Рэндалл из Гарвардского университета и Раманом Сундрумом из университета Джона Хопкинса и состоящая в том, что гравитация тоже может быть заперта, но не липкой браной, а дополнительными измерениями, искривлёнными нужным образом, что ещё более смягчает ограничения на размер дополнительных измерений.