Наша Вселенная началась с Большого взрыва и, согласно современным научным представлениям, закончит свое существование в состоянии абсолютного холода и пустоты вследствие бесконечного расширения. Однако британский физик и математик сэр Роджер Пенроуз предложил радикальную гипотезу конформной циклической космологии, стирающую границу между концом одного мира и началом другого. В этом материале, основанном на выпуске научно-популярного канала PBS Space Time, подробно разбирается устройство этой бесконечной цепочки вселенных и способы её экспериментальной проверки.
🌌 Бесконечный цикл: Радикальная гипотеза Роджера Пенроуза 0:00
Вселенная зародилась в состоянии экстремальной плотности и тепла. В будущем её ждет экспоненциальное расширение до невообразимых размеров, пока все частицы и черные дыры не распадутся в слабое излучение. Роджер Пенроуз выдвинул гипотезу конформной циклической космологии (CCC), согласно которой этот бесконечно далекий и холодный финал математически тождественен новому Большому взрыву. Наша Вселенная в рамках этого подхода — лишь одно звено (или «эон») в бесконечной цепи миров. Сам Пенроуз признает свою идею «возмутительной» и, весьма вероятно, ошибочной, но её глубина заслуживает детального рассмотрения.
📐 Магия конформной геометрии: Почему размер не имеет значения 1:31
Термин «конформная» относится к математическому масштабированию, которое позволяет превратить гигантскую угасающую Вселенную в крошечный новый Большой взрыв. Конформное преобразование — это геометрическая функция, которая изменяет расстояния, но полностью сохраняет углы между линиями. В качестве аналогии можно представить резиновый лист с рисунком: если равномерно растянуть его во все стороны, линии удлинятся, но углы на их пересечениях останутся прежними.
Для демонстрации безразличия к масштабам можно сравнить две гипотетические вселенные, состоящие исключительно из света:
- Первая вселенная имеет размер в одну световую секунду и существует всего одну секунду.
- Вторая вселенная растянута на миллиард световых лет и существует миллиард лет.
Поскольку обе они содержат одинаковое количество фотонов, движущихся по одинаковым траекториям, геометрия углов в них идентична. Самое главное заключается в том, что свет не испытывает течения времени. Для фотона начало пути совпадает с его концом, а значит, эти две вселенные эквивалентны, несмотря на колоссальную разницу в физических размерах. Чтобы измерить пространство-время, наблюдателям требуются часы и линейки. Пространственно-временной интервал определяется по времени хода часов, движущихся по кратчайшей траектории с постоянной скоростью, что физики называют собственным временем. Пространство и время теряют смысл для объектов, движущихся со скоростью света. По мнению Пенроуза, чтобы построить часы и сделать масштабы осязаемыми, во Вселенной должны присутствовать частицы, обладающие массой покоя и движущиеся медленнее света.
⏳ Стирание времени: Состояние ранней и поздней Вселенной 6:55
В экстремально далеком будущем наша Вселенная может прийти к состоянию, где останется только радиация. Звезды погаснут, черные дыры испарятся за счет излучения Хокинга, а материальные частицы распадутся на легчайшие компоненты. Пенроуз предполагает, что в долгосрочной перспективе масса не является фундаментальным свойством и тоже может со временем исчезнуть. Масса электрона возникает из его взаимодействия с полем Хиггса, свойства которого могут измениться на огромных временных отрезках. Лишившись массы, поздняя Вселенная потеряет пространственно-временную сетку и станет безразмерной.
Парадоксально, но ранняя Вселенная в момент Большого взрыва находилась в аналогичном состоянии. Частицы тогда обладали колоссальной кинетической энергией, на фоне которой их масса покоя была ничтожно мала. Более того, при сверхвысоких температурах первых мгновений Большого взрыва поле Хиггса физически не могло наделять частицы массой. Таким образом, в первые доли секунды Вселенная была заполнена фактически безмассовыми элементами, из-за чего концепция времени там была столь же бессмысленна, как и в далеком будущем.
🗺️ Диаграммы Пенроуза и сшивание эпох 9:33
Математически бесконечное пространство и время можно спроецировать на конечную карту с помощью конформных диаграмм Пенроуза. Сингулярность Большого взрыва нулевого размера также может быть расширена до конечного пространства, что в свое время доказал коллега Пенроуза Пол Тодд. Сшивая эти конформные гиперповерхности вместе, ученые получают бесконечную цепочку вселенных, где каждый отдельный цикл Пенроуз называет «эоном».
Для реализации этой модели необходимы определенные условия:
- Наличие положительной космологической константы (темной энергии), которая обеспечивает ускоренное расширение текущей Вселенной.
- Прохождение через конформную границу только безмассовых частиц и излучения.
Главной мотивацией Пенроуза при создании CCC было объяснение поразительной однородности ранней Вселенной и её экстремально низкой энтропии. Общепринятая теория космической инфляции утверждает, что сверхбыстрое расширение разгладило Вселенную в первые мгновения её существования. Однако Пенроуз считает, что инфляция не объясняет низкую энтропию Большого взрыва. Чтобы запустить новый эон с низкой энтропией, необходимо «очистить» её счетчик: Пенроуз полагает, что черные дыры поглощают энтропию и безвозвратно уничтожают квантовую информацию, хотя большинство современных физиков с этим не согласны.
📡 Эхо прошлых миров: Способы проверки теории 13:06
Гипотезу конформной циклической космологии можно проверить экспериментально. Если излучение способно пересекать границу между эонами, а финал прошлой Вселенной не был идеально гладким, это должно наложить отпечаток на космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Пенроуз предполагает, что столкновения сверхмассивных черных дыр в предыдущем эоне должны оставлять концентрические круги на карте реликтового излучения нового мира. В совместной работе с Ваге Гурзадяном он заявил об обнаружении таких аномалий. Однако другие ученые подвергли критике их нестандартные статистические методы, утверждая, что обнаруженные структуры не имеют статистической значимости.
Пенроуз и Гурзадян также выдвинули фантастическую гипотезу о возможности межвселенской связи. Поскольку гравитационные волны, как и фотоны, могут проходить сквозь конформную границу, сверхразвитая цивилизация прошлого эона могла бы кодировать информацию, управляя орбитальным танцем черных дыр. Ведущий канала PBS Space Time в шутку замечает, что было бы здорово обнаружить на небе послание вроде «Эй, ребята, постарайтесь не испортить свой эон, ешьте зелень и веселитесь». В продолжение шутки авторы пообещали закодировать имена своих спонсоров с Patreon в орбитальных частотах сталкивающихся черных дыр в конце времен, чтобы их прочитали астрономы следующего эона.
🦠 Внеземная биология и космические карантины: Ответы на вопросы зрителей 15:21
В финальной части программы ведущий разобрал комментарии к прошлому выпуску, посвященному панспермии и гипотетическому перемещению вирусов между планетами. Профессиональный вирусолог под ником Drakencoran27 привел веские аргументы против возможности заражения Земли космическими вирусами. Земная жизнь использует универсальный генетический код, где строго определенные триплеты нуклеотидов (кодоны), такие как ATG, запускают трансляцию генов. Маловероятно, чтобы инопланетная ДНК развила абсолютно идентичную кодировку, поэтому гипотетический чужеродный вирус просто не смог бы функционировать в земной клетке.
Также в рамках дискуссии были затворные следующие темы:
- Гипотеза РНК-мира: Пользователь MC's Creates отметил, что если эта теория верна, то вирусоподобные структуры могли быть первой формой жизни на Земле, возникшей еще до появления полноценных клеток.
- Планетарный карантин: Девин Смит поинтересовался протоколами защиты Земли от марсианских микробов. Согласно Договору о космосе, любые образцы должны помещаться в изоляторы уровня биобезопасности BSL-3, а потенциально обитаемые пробы с Марса потребуют еще не построенных лабораторий уровня BSL-4.
- Космический апокалипсис: Зрительница Аврора Старк иронично попросила авторов «не подавать идеи» сложному 2020 году. В ответ ведущий пошутил о возможности одновременно быть поглощенным черной дырой, облученным сверхновой и замороженным тепловой смертью Вселенной.
