В новом выпуске серии о сверхсветовых перемещениях популяризатор науки и футуролог Айзек Артур исследует границы космоса. Видео «The Edge of the Universe» посвящено не только физическим пределам наблюдаемого мира, но и парадоксам термодинамики, концепции гиперпространства в рамках теории струн и возможности использования «молодых» копий Вселенной для путешествий на огромные расстояния.
🌌 Парадоксы термодинамики и закон сохранения энергии 0:00
Айзек Артур начинает с ироничного замечания: будучи известным скептиком в вопросах сверхсветовых двигателей и вечных двигателей, он вынужден постоянно указывать на исключения из фундаментальных законов . Первый закон термодинамики гласит, что энергия не создается и не уничтожается, а лишь меняет форму. Однако Артур подчеркивает, что на космологических масштабах энергия не всегда сохраняется, и физикам это известно уже около столетия .
Согласно космологии Большого взрыва, Вселенная началась с состояния с более низкой энтропией, чем сейчас, и с определенным запасом энергии там, где раньше ничего не было. Артур отмечает:
- Попытки объяснить появление энергии извне (например, из других итераций Вселенной) лишь «перекладывают ответственность» на внешние системы .
- Энтропия обязана расти только в закрытых системах. Если допустить, что материя пришла «откуда-то еще», система перестает быть закрытой .
- В реальности, как утверждает Артур, на больших масштабах большая часть материи движется быстрее скорости света относительно наблюдателя, а энергия не сохраняется в строгом смысле .
🎈 Расширение пространства: мифы и аналогии 2:24
Распространенное мнение о том, что Вселенная возникла из одной точки и расширилась, Артур называет не совсем точным, хотя и передающим суть . Он подчеркивает, что нет прямых доказательств того, была ли Вселенная точечной в самом начале; это лишь логический вывод из того факта, что в прошлом она была меньше.
Ключевые уточнения Артура о природе Большого взрыва:
- Это не взрыв в пустоту. Происходило расширение самого пространства-времени, а не разлет материи в уже существующем пустом пространстве .
- Аналогия с картой. Вместо популярного примера с раздувающимся шариком Артур предлагает представить изменение масштаба карты в компьютерной игре. Если вы увеличиваете разрешение карты с 1000x1000 до 2000x2000 пикселей, мир не «вдвигается» в пустоту, он просто становится больше внутри системы .
- Бесконечность. По мнению ведущего, Вселенная могла быть бесконечной с самого момента Большого взрыва, просто наш «участок» пространства был чрезвычайно сжат .
📏 Космологический горизонт событий как «край» Вселенной 5:34
Чем дальше мы смотрим в космос, тем больше красное смещение объектов, что означает их более быстрое удаление от нас. Артур объясняет, что эта зависимость линейна: при удвоении дистанции скорость удаления удваивается без учета релятивистских эффектов Лоренца . Это не похоже на разгон корабля, где требуется всё больше энергии для приближения к скорости света; здесь просто «появляются» новые участки пространства .
На определенном расстоянии скорость удаления превышает скорость света. Артур называет это космологическим горизонтом событий — практическим «краем» нашей Вселенной .
- Ни один фотон или гравитон не может покинуть объект за этой чертой и достичь нас .
- Большая часть наблюдаемой нами сейчас Вселенной уже находится за этим горизонтом. Мы видим эти объекты такими, какими они были миллиарды лет назад, еще до возникновения Земли .
- Закон сохранения энергии соблюдается только локально («внутри пузыря»), так как галактики постоянно «улетают» за горизонт событий, фактически исчезая из нашей системы .
📑 Гиперпространство и компактные измерения 9:53
Обсуждая другие типы «краев» Вселенной, Артур обращается к теории струн и понятию высших измерений. Он предлагает представить Вселенную как лист бумаги .
Основные тезисы о структуре измерений:
- Компактификация. В теории струн и M-теории предполагается наличие дополнительных измерений (всего 10, 11 или даже 26), которые «свернуты» до размеров меньше атомного ядра .
- Гиперпространство как стопка листов. Математически гиперпространство — это пространство с большим количеством измерений. Артур проводит аналогию: мы не «прыгаем» в другое место, а перемещаемся между «листами» реальности, которые уже существуют в одном и том же гиперпространстве .
- Движение «под прямым углом». Если бы мы могли изменить состояние своих частиц, мы могли бы переместиться на соседний лист — параллельную вселенную .
🚀 Сверхсветовые путешествия через «молодые» вселенные 14:32
Одной из самых захватывающих идей Артура является использование конгруэнтных (соответствующих нашей) вселенных для перемещения. Если соседние «листы» в гиперпространстве — это вселенные, где время идет иначе, они могут быть меньше нашей по размеру .
Гипотетический метод FTL-путешествия:
- Корабль совершает прыжок в более «молодую» и компактную вселенную.
- Поскольку та вселенная меньше, преодоление небольшого расстояния в ней соответствует огромному расстоянию в нашей современной Вселенной .
- Корабль возвращается в нашу реальность, преодолев тысячи световых лет за короткий срок.
Однако Артур указывает на серьезные физические препятствия. Например, прыжок в эпоху первичного рассеяния (370 000 лет после Большого взрыва) был бы опасен: Вселенная тогда была горячей и плотной, напоминая поверхность Солнца . Еще более ранние эпохи, такие как инфляционная, имели размер в миллиметры и температуру выше ядра звезды, что исключает нахождение там корабля .
🕳️ Черные дыры как двери в иные миры 18:25
Артур рассматривает горизонт событий черной дыры как еще один тип «края Вселенной» . Существует гипотеза, что внутри черной дыры может находиться или создаваться новая вселенная. В таком случае это «билет в один конец»: информация может войти, но никогда не вернется обратно .
Ведущий разбирает теорию о том, что мы сами живем внутри черной дыры. Хотя математически радиус Шварцшильда для массы Вселенной в прошлом мог соответствовать черной дыре, Артур считает, что текущие данные (расширение вместо коллапса) противоречат этой модели .
В завершение Артур отмечает, что край Вселенной может быть как в миллиардах световых лет от нас, так и «под рукой» — на расстоянии настолько малом, что приборы не могут его измерить, если речь идет о дополнительных измерениях, расположенных под прямым углом к нашей реальности .
