В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизик Джанна Левин присоединилась к Нилу Деграссу Тайсону и Чаку Найсу, чтобы обсудить фундаментальные вопросы устройства космоса. В центре дискуссии — проблема конечности Вселенной, существование скрытых пространственных измерений и вероятность того, что мы видим собственную галактику в глубоком прошлом, принимая её за далекие объекты.
🌌 Границы Вселенной: бесконечность или замкнутый цикл? 0:00
Один из главных вопросов современной космологии заключается в том, является ли Вселенная бесконечной или она имеет конечный объем, но при этом лишена краев . Профессор Джанна Левин в своей первой книге «Как у Вселенной появились пятна» (How the Universe Got Its Spots) исследует возможность определения формы и размера космоса через изучение горячих и холодных пятен в реликтовом излучении, оставшемся после Большого взрыва .
По мнению Левин, Вселенная вполне может быть конечной, подобно поверхности Земли. Она приводит следующую аналогию:
- Путешественник может покинуть Нью-Йорк и двигаться по прямой линии.
- Несмотря на отсутствие «края», с которого можно упасть, он в конечном итоге вернется в исходную точку.
- Во Вселенной это означало бы, что, покинув Млечный Путь и двигаясь по прямой, космический корабль спустя огромное время может вернуться обратно к нашей галактике .
Это свойство создает интересный оптический эффект. Если Вселенная замкнута, свет от далеких галактик также совершает кругосветное путешествие . Как утверждает Левин, это означает, что некоторые из наблюдаемых нами далеких объектов могут быть Млечным Путем в его ранние эпохи. В таком случае мы видели бы нашу галактику в прошлом — возможно, на стадии активного ядра или квазара с мощными джетами, что сделало бы её неузнаваемой для современного наблюдателя .
🌀 Скрытые измерения и «космическое оригами» 3:10
Физики-теоретики, включая специалистов по теории струн, предполагают существование дополнительных пространственных измерений, которые мы не замечаем в повседневной жизни . Левин объясняет это концепцией «свернутых» измерений, используя аналогию с соломинкой для питья:
- Поверхность соломинки двумерна, но одно измерение (длина) очень велико, а другое (окружность) — крайне мало .
- Если бы мы склеили концы соломинки, оба измерения стали бы конечными, но одно осталось бы несоизмеримо меньше другого .
- Вселенная могла возникнуть в ходе Большого взрыва как своего рода «космическое оригами», где все измерения изначально были свернуты, но лишь три из них (плюс время) расширились до макроскопических размеров .
Нил Деграсс Тайсон и Джанна Левин обсудили, почему именно три измерения стали большими . Существует гипотеза, основанная на антропном принципе: в двухмерной Вселенной структуры были бы слишком просты для возникновения жизни, а в четырехмерном пространстве (и выше) взаимодействие частиц становится слишком слабым, так как они редко «встречаются» в огромном объеме . По словам Левин, в трех измерениях достигается оптимальный баланс, позволяющий частицам эффективно находить друг друга и образовывать сложные молекулы и объекты .
🎞️ Жизнь на мембране и высшие пространства 8:08
Еще одна радикальная идея, обсуждаемая в выпуске, — гипотеза о том, что наш трехмерный мир является мембраной (браной), плавающей в пространстве более высокой размерности . Согласно этой теории:
- Все фундаментальные силы и частицы «приклеены» к этой мембране и не могут её покинуть.
- Единственная сила, способная проникать в высшие измерения — это гравитация .
- Частица в нашем мире может быть лишь «срезом» струны, проходящей через нашу мембрану из высшего измерения .
Для иллюстрации того, как мы воспринимали бы объекты из высших измерений, Нил Деграсс Тайсон привел пример со сферой, проходящей через двухмерный мир: обитатели плоскости увидели бы сначала точку, затем расширяющийся круг, который позже снова сжался бы в точку и исчез .
В контексте исследования границ сознания Нил Деграсс Тайсон упомянул, что некоторые люди связывают опыт приема аяуаски с переходом в высшие измерения . Левин осторожно предположила, что если рассматривать это как контакт с «платоновскими формами» (идеальными математическими концепциями, вроде идеального круга), то мозг действительно способен «посещать» пространства, недоступные физическому телу .
🕳️ Тайны черных дыр и темная материя 10:07
Обсуждение завершилось темой черных дыр и их внутренней структуры. Левин отметила, что среди ранних релятивистов (специалистов по теории относительности) популярна идея о том, что черная дыра может быть «больше внутри, чем снаружи» .
- Внутри горизонта событий может скрываться пространство объемом с целую Вселенную.
- Существует гипотеза, что черная дыра ведет к «белой дыре» — объекту, который является Большим взрывом для новой, зарождающейся внутри Вселенной .
Кроме того, Джанна Левин упомянула теорию, согласно которой черные дыры могут составлять значительную часть темной материи . Поскольку они не излучают свет, они идеально подходят на роль «недостающей массы», объясняющей гравитационные аномалии в галактиках.
В финале выпуска Чак Найс продемонстрировал «ланчбокс с черной дырой», в котором Нил Деграсс Тайсон обнаружил термос с горячим шоколадом и шоколадный батончик Milky Way, что стало ироничной отсылкой к «извлечению» нашей галактики из недр гравитационной аномалии .
