Але що ж ми все-таки маємо на увазі, кажучи, що Великий вибух біля межі острівного всесвіту стався пізніше, ніж у його центральній області? Оскільки всі інтервали між усіма подіями Великого вибуху простороподібні, між спостерігачами виникнуть розбіжності щодо того, яка з цих подій сталася раніше, а яка пізніше. Кому з них ми повинні вірити? Зараз ми спробуємо прояснити це питання. Перед прочитанням бажано ознайомитися з:
- Космічна інфляція: ненав’язливий вступ;
- Космічна інфляція: проблема витонченого виходу та її витончене розв’язання;
- Наффілдський симпозіум, космологічні збурення і топологічні дефекти.
- Всесвіт як безкоштовний обід.
- Майбутнє цивілізацій, надсвітлове розширення і космічні горизонти.
Наш аналіз може видатися досить заплутаним, але його варто провести, оскільки він приведе нас до деяких далекосяжних висновків.
Для розминки розгляньмо спочатку однорідний Всесвіт, описуваний однією з моделей Фрідмана. У будь-який момент часу матерія в ньому однорідно розподілена в просторі. Може здатися, що це тривіально, але ми повинні визначити, що означає "момент часу".
Коли космологи говорять про "момент часу", вони уявляють собі величезну кількість спостерігачів, забезпечених годинниками й розкиданих по всьому Всесвіту. Кожен спостерігач бачить лише невелику область безпосередньо навколо себе, тож для опису Всесвіту загалом необхідна вся спільнота спостерігачів. Ми можемо вважати себе одним із її членів. Наш годинник зараз показує 14 мільярдів років після Великого вибуху. "Той самий час" в іншій частині Всесвіту настане, коли на годиннику спостерігача, який там перебуває, з’являться ті самі покази. Тепер ми повинні з’ясувати, як спостерігачам, що перебувають за горизонтом одне одного, синхронізувати свої годинники.
У випадку фрідманівського Всесвіту відповідь очевидна: у ньому Великий вибух — це природний початок часу, тож кожен спостерігач повинен відраховувати час від нього (Стан руху спостерігача також впливає на покази його годинника. Ще раз наголосимо, що у Всесвіті Фрідмана існує природний вибір: спостерігачі, які перебувають у спокої відносно галактик (або частинок речовини) у місцях свого перебування. Це так звані "супутні спостерігачі".).
За такого визначення одночасності густина матерії, виміряна всіма спостерігачами в один і той самий час, виявиться однаковою, а отже, Всесвіт буде однорідним.
У принципі допустимо розглядати сукупність спостерігачів, чиї годинники встановлено по-різному. Наприклад, ми можемо змістити початок відліку часу на деяку величину відносно Великого вибуху і зробити так, щоб ця величина змінювалася від однієї області простору до іншої. Тоді Всесвіт виглядатиме дуже складним і неоднорідним. Звісно, ніхто при здоровому глузді не стане використовувати такий опис. Він значно ускладнює аналіз і приховує справжню природу фрідманівського Всесвіту. Але не завжди все буває так просто.
Повертаючись до Всесвіту з нескінченною інфляцією, розгляньмо спочатку велику область, що охоплює як острівні всесвіти, так і зони, охоплені інфляцією.
Розпад хибного вакууму. Комп’ютерна модель вічної інфляції. Хибний вакуум (жовтий) розширюється вдвічі кожні 10-33 секунди. В областях, де він розпався (сині), утворилися всесвіти, подібні до нашого. На межах відбувається «великий вибух».
У такій області не можна природним чином вибрати початок відліку часу. Тому визначення "моменту часу" стає значною мірою довільним, єдина умова полягає в тому, що всі події "моменту" мають бути розділені простороподібними інтервалами. Якщо вибрати початковий момент досить рано, коли вся область перебуває в стані хибного вакууму, надалі в ній, як ми вже обговорювали в попередньому розділі, з’являться і почнуть розширюватися острівні всесвіти. Однак порядок їхньої появи, а також темп і форми, яких вони набувають у міру розширення, можуть дуже сильно змінюватися залежно від вибору початкового моменту.
Припустімо тепер, що нас цікавить один конкретний острівний всесвіт і ми хочемо описати його з погляду його мешканців. Тоді ситуація виявляється зовсім іншою. Як і у випадку фрідманівського Всесвіту, існує природний вибір початку часу. Усі спостерігачі, що населяють острівний всесвіт, можуть відраховувати його від Великого вибуху — кожен у своєму місці. Іншими словами, Великий вибух можна вибрати як початковий "момент часу". Такий вибір веде до нової, радикально відмінної картини острівного всесвіту. Щоб розрізняти описи великої області та окремого острова, домовимося називати їх відповідно зовнішнім (глобальним) і внутрішнім (локальним) виглядом.
Як і раніше, момент Великого вибуху зображено суцільною кривою, позначеною "Великий вибух". Густина речовини в усіх подіях на цій кривій практично однакова і визначається густиною хибного вакууму, що розпадається. Таким чином, на локальному вигляді острівний всесвіт майже однорідний. Теперішній момент часу тут представлено пунктирною лінією, позначеною "зараз", яка збігається з рядом галактик на рисунку. Усі точки на цій лінії характеризуються однаковою середньою густиною речовини й однаковою концентрацією зір — такою самою, як спостерігається поблизу нас. Але найпримітніше те, що з локального погляду острівний всесвіт нескінченний! На глобальному вигляді острівний всесвіт зростає в міру поширення Великого вибуху вздовж його меж і, якщо зачекати досить довго, стане як завгодно великим, однак з локального погляду Великий вибух стався одномоментно, а острівний всесвіт був нескінченно великим від самого початку. На рисунку 10.2 цій нескінченності відповідає той факт, що суцільна лінія Великого вибуху ніде не закінчується. Якщо продовжити цю криву, то її віддалені точки відповідатимуть дедалі пізнішим подіям Великого вибуху з глобального погляду і дедалі віддаленішим областям у початковий момент — з локального. Нескінченність часу в межах одного погляду перетворюється на нескінченність простору в межах іншого.
Загальна картина
Спробуймо підбити короткі підсумки. Якби нам якимось чином вдалося спостерігати ззовні Всесвіт нескінченної інфляції, подібно до того, як спостерігають Землю з космосу, ми побачили б безліч всесвітів, розкиданих по обширному інфляційному морю хибного вакууму. Якби Всесвіт був замкнутим, краєвид, що відкрився б перед нами, міг би чимось нагадувати глобус із континентами й архіпелагами, оточеними океаном (із тим застереженням, що замкнутий Всесвіт подібний до тривимірної сфери, тоді як поверхня Землі має лише два виміри.). Цей глобус розширюється з приголомшливою швидкістю, острівні всесвіти теж надзвичайно швидко збільшуються, а між ними постійно з’являються крихітні нові острови й негайно починають рости. Кількість острівних всесвітів швидко зростає і стає нескінченною в границі нескінченного майбутнього. Мешканці острівних всесвітів, подібно до нас, бачать зовсім іншу картину. Свій всесвіт вони не сприймають як острів скінченного розміру. Він видається їм самостійним нескінченним всесвітом. Межа між їхнім всесвітом та інфляційною частиною простору-часу — це Великий вибух, що стався в певний момент у минулому. Ми не можемо дістатися інфляційного моря просто тому, що неможливо переміститися в минуле.
Дуже примітно, що "великий" Всесвіт, який містить усі нескінченні острівні всесвіти, може бути замкнутим і скінченним. Удавана суперечність розв’язується, якщо взяти до уваги, що поняття внутрішнього часу в острівних всесвітах відрізняється від "глобального" часу, який треба використовувати для опису простору-часу загалом. У глобальному часі зовнішні частини острівних всесвітів ще не утворилися і завершать своє формування лише в нескінченно віддаленому майбутньому, тоді як у внутрішньому часі острівний всесвіт виникає одномоментно. Структуру простору-часу замкнутого Всесвіту нескінченної інфляції зображено на рисунку 10.3.
Несподівана особливість острівних всесвітів, що полягає в тому, що зсередини вони виглядають нескінченними, виявилася дуже важливою: згодом вона привела мене до висновку, який, можливо, є найдивовижнішим наслідком вічної інфляції.
Уривок із книги А. Віленкіна "Many Worlds in One: The Search for Other Universes"
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (2):
Да, похоже Вселенная даже больше чем мы её себе можем представить!
Путешествовал по просторам ЖЖ и случайно наткнулся на пост mindphaser2k9
Сотворение мира
Вначале не было ничего, только полная симметрия, и свободная калибровка летала над водами.
Потом отделил Бог целый спин от полуцелого, и повелел целому спину подчиняться статистике Бозе, а полуцелому статистике Ферми. И увидел он, что это хорошо.
И отделил Бог гравитацию, и поставил её константу взаимодействия ниже других констант, и повелел ей пресмыкаться на микроуровне, но сказал, что возвеличит её надо всеми, и будет она повелевать космологией, ибо всё будет подчиняться ей. И уползла гравитация на микроуровне на своё место, и поныне там пребывает.
И отделил Бог сильное взаимодействие от электрослабого, а кварки от лептонов, и повелел кваркам сильно и электрослабо взаимодействовать, а лептонам только электрослабо. И увидел он, что это хорошо.
И нарушил Бог симметрию электрослабого взаимодействия до слабого и электромагнитного, и обрели векторные бозоны массу, фотон же не обрёл. И стали векторные бозоны подобны фермионам, и возгордились, но не было у них закона сохранения числа частиц, ибо были они бозонами, и потому стало слабое взаимодействие короткодействующим.
И был вечер, и было утро: эра электрослабого фазового перехода.
Глюоны же обладали цветом, и были в том подобны кваркам, и взаимодействовали меж собой сильно, и порождали другие глюоны. И увидел Бог, что сильное взаимодействие асимптотически свободно, на больших же расстояниях линейно, аки в струнной модели.
И повелел Бог собраться кваркам по трое, и по одному и антиодному, и с глюонами в иные комбинации, по цвету синглетные, и затворил их там конфайнментом. И нарёк Бог кварки по трое барионами, а по одному и антиодному мезонами, и увидел он, что это хорошо.
И был вечер, и было утро: эра конфайнмента.
Мезоны состояли из кварка и антикварка, и не имели барионного числа, и распадались до излучения, а барионы же антикварков не содержали, и распадались только до нуклонов, а дальше не могли. И было барионов больше, чем антибарионов, и потому оставались нуклоны не аннигилировавшие.
И сочетались нуклоны за счёт сложного обменного взаимодействия, производного от сильного, и соединялись по двое, по трое, по четыре. По четыре же, в альфа-частицы, им было лучше всего соединяться.
И увидел Бог, что в альфа-частицы соединилась четверть всех нуклонов по массе, остальные же остались свободными, а остальные элементы в следовых количествах. И посему достаточно было в межзвёздном газе топлива для ядерных реакций и зажигания звёзд. И увидел он, что это хорошо.
И был вечер, и было утро: эра первичного нуклеосинтеза.