|
Вселенная существовала всегда
|
|
|
|
В начале было... ну, может быть, начала не было. Возможно, наша Вселенная существовала всегда - и новая теория квантовой гравитации показывает, как это может работать. "В реальности есть так много вещей, которые большинство людей ассоциируют с фантастикой или даже фэнтези", - говорит Бруно Бенто, физик, изучающий природу времени в Ливерпульском университете в Великобритании.
|
|
|
|
В своей работе он использовал новую теорию квантовой гравитации, называемую теорией причинных множеств, в которой пространство и время разбиваются на дискретные фрагменты пространства-времени. Согласно этой теории, на каком-то уровне существует фундаментальная единица пространства-времени.
|
|
|
|
Бенто и его соавторы использовали этот метод причинных множеств для изучения начала Вселенной. Они обнаружили, что возможно, что у Вселенной не было начала - что она всегда существовала в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом.
|
|
|
|
Квантовая гравитация - это, пожалуй, самая раздражающая проблема, с которой сталкивается современная физика. У нас есть две чрезвычайно эффективные теории Вселенной: квантовая физика и общая теория относительности. Квантовая физика успешно описала три из четырех фундаментальных сил природы (электромагнетизм, слабые силы и сильные силы) вплоть до микроскопических масштабов. Общая теория относительности, с другой стороны, является самым мощным и полным описанием гравитации из когда-либо созданных.
|
|
|
|
|
|
|
Но при всех своих достоинствах общая теория относительности является неполной. По крайней мере в двух конкретных местах во Вселенной математика общей теории относительности просто ломается, не давая надежных результатов: в центрах черных дыр и в начале Вселенной. Эти области называются "сингулярностями", то есть местами в пространстве-времени, где рушатся наши нынешние законы физики, и они являются математическими предупреждающими знаками о том, что общая теория относительности спотыкается о саму себя. В обеих сингулярностях гравитация становится невероятно сильной на очень маленьких масштабах длины.
|
|
|
|
Поэтому, чтобы разгадать тайны сингулярностей, физикам необходимо микроскопическое описание сильной гравитации, также называемое квантовой теорией гравитации. На это есть много претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.
|
|
|
|
Но есть и другой подход, который полностью переписывает наше понимание пространства и времени.
|
|
|
|
Теория причинных множеств
|
|
|
|
Во всех современных теориях физики пространство и время непрерывны. Они образуют гладкую ткань, которая лежит в основе всей реальности. В таком непрерывном пространстве-времени две точки могут находиться как можно ближе друг к другу в пространстве, а два события могут происходить как можно ближе друг к другу во времени.
|
|
|
|
Но другой подход, называемый теорией причинных множеств, представляет пространство-время как серию дискретных фрагментов, или "атомов" пространства-времени. Эта теория накладывает строгие ограничения на то, насколько близко события могут находиться в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер "атома".
|
|
|
|
Например, если вы смотрите на свой экран и читаете эту статью, все кажется гладким и непрерывным. Но если бы вы посмотрели на тот же экран через увеличительное стекло, то увидели бы пиксели, которые разделяют пространство, и обнаружили бы, что невозможно приблизить два изображения на экране ближе, чем на один пиксель.
|
|
|
|
Эта физическая теория взволновала Бенто. "Я был в восторге, когда нашел эту теорию, которая не только пытается стать как можно более фундаментальной - являясь подходом к квантовой гравитации и фактически переосмысливая само понятие пространства-времени, - но и отводит центральную роль времени и тому, что физически означает прохождение времени, насколько физическим является ваше прошлое и существует ли уже будущее или нет", - сказал Бенто в интервью Live Science.
|
|
|
|
Начало времени
|
|
|
|
Теория каузальных множеств имеет важные последствия для природы времени.
|
|
|
|
"Огромная часть философии каузальных множеств заключается в том, что течение времени - это нечто физическое, что его не следует приписывать какой-то эмерджентной иллюзии или чему-то, что происходит в нашем мозгу и заставляет нас думать, что время проходит; это течение само по себе является проявлением физической теории", - сказал Бенто. "Так, в теории причинных множеств причинное множество будет расти по одному "атому" за раз и становиться все больше и больше".
|
|
|
|
Подход с использованием причинно-следственных множеств устраняет проблему сингулярности Большого взрыва, потому что, согласно этой теории, сингулярности не могут существовать. Невозможно, чтобы материя сжималась до бесконечно малых точек - они могут стать не меньше размера атома пространства-времени.
|
|
|
|
Так как же выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого взрыва? Именно здесь Бенто и его коллега Став Залел, аспирант Имперского колледжа Лондона, подхватили эту тему, исследуя, что теория причинных множеств может сказать о начальных моментах Вселенной. Их работа представлена в статье, опубликованной 24 сентября в базе данных препринтов arXiv. (Статья еще не опубликована в рецензируемом научном журнале).
|
|
|
|
В работе рассматривается вопрос о том, "должно ли существовать начало в подходе, основанном на причинно-следственных связях", - сказал Бенто. "В оригинальной формулировке и динамике причинного множества, классически говоря, причинное множество вырастает из ничего во вселенную, которую мы видим сегодня. В нашей работе вместо этого не было бы Большого взрыва как начала, так как причинное множество было бы бесконечным в прошлом, и поэтому всегда есть что-то до него".
|
|
|
|
Их работа предполагает, что у Вселенной, возможно, не было начала - она просто существовала всегда. То, что мы воспринимаем как Большой взрыв, возможно, было лишь определенным моментом в эволюции этого всегда существующего набора причинно-следственных связей, а не настоящим началом.
|
|
|
|
Однако предстоит еще много работы. Пока неясно, может ли этот подход к причинно-следственной связи без начала позволить создать физические теории, с которыми мы сможем работать, чтобы описать сложную эволюцию Вселенной во время Большого взрыва.
|
|
|
|
"Можно еще задаться вопросом, можно ли интерпретировать это [подход с использованием причинных множеств] "разумным" образом, или что такая динамика физически означает в более широком смысле, но мы показали, что такая основа действительно возможна", - сказал Бенто. "Так что, по крайней мере математически, это можно сделать".
|
|
|
|
Другими словами, это... начало.
|
|
|
|
Источник
|
