Горизонты восприятия на пальцах™⁠⁠

эпиграф

Горизонт — непостижимая линия, где смыкаются волны, сговорившись с небом хранить тайну.

Инженер Механических Душ

от автора: Здравствуйте, меня зовут Артем, в сети меня знают под псевдонимом Инженер Механических Душ АКА sly2m. Я занимаюсь, кроме всего прочего, популяризацией науки, на pikabu.ru уже публиковались мои статьи, частенько без указания авторства. Например вот, или вот, или вот, или вот, или вот, или вот, или даже вот... Но я подумал - зачем доверять другим то, что можешь сделать сам? И потому разрешите представить свою последнюю статью из серии на пальцах™. Автор отвечает на вопросы, в меру сил и знаний, конечно, так что задавайте, если что-то интересует по теме, постараюсь ответить. Далее текст статьи:

Как известно, история развивается по спирали. Еще Ленин так говорил, а до него Гегель, а до него, наверняка, еще много кто, потому что мысль вполне очевидная и даже чуточку капитанская. Ведь спираль — это замкнутый цикл, это круг, только, если можно так выразиться — развернутый во времени.

История накопления и систематизации человеческих знаний (сегодня комплекс подобных мероприятий принято называть "наукой") тоже развивается по спирали, то есть мы снова и снова возвращаемся к похожим вопросам и (что самое важное) к похожим ответам на те же вопросы. Только на все более высоком уровне познания и понимания.

С самых давних времен окружающая природа одушевлялась и обожествлялась. У древних египтян небо представляло собой тело богини Нут, которая лежала, точнее, стояла, прогнувшись над землей, и по которой на своей ладье плыл бог Солнца Ра, являющийся, к слову говоря, дедушкой этой самой Нут. У древних греков на том же месте был бог Солнца Гелиос, катящий по небу на золотой колеснице, ну, не буду тут перечислять мифы всех первобытных шумеров да ацтеков, у всех примерно одно и то же, только под разными труднопроизносимыми именами.

Древнегреческие философы одними из первых отошли от идеи человекобогов с песьими головами при описании явлений природы, создав более привычную научную, или как минимум — механическую систему устройства мира. Всех философов не упомнишь, считается, что лично Аристотель 300 лет до нашей эры обобщил разнообразные существовавшие на то время теории, сформулировав первую внятную геометрическую модель Вселенной. Как заядлый идеалист, в своей космологии Аристотель наделил небесные тела идеальными пропорциями и соотношениями. Идеальная и круглая (в смысле, шарообразная) Земля находилась в центре мира, вокруг нее, приклеенные к невидимым хрустальным сферам, двигались по идеальным кругам Луна, Солнце и известные на то время 5 планет Солнечной системы, а также сферы огня, воды и воздуха, и замыкалось все это сферой неподвижных звезд. За небесным звездным сводом не находилось ничего материального, там располагалось место жительства богов и одна сплошная духовность, то есть тут и проходил горизонт познаний человечества.

Но уже во времена Аристотеля у людей, наблюдавших достаточное время за движением светил по небосводу, начинали закрадываться вполне обоснованные сомнения. Планеты не двигались по идеальным кругам (понятия "орбита" тогда еще не придумали, считалось, что хрустальная сфера вращается вся целиком, а уж с ней и нарисованная или же приклеенная к этой сфере планета). Наоборот, те выписывали по небу заметные даже невооруженным глазом (а других тогда еще не встречалось) петли.

Во втором веке уже нашей эры астроном Птолемей создал новую, улучшенную систему звездной механики, теперь и с эпициклами! Чтобы исправить видимое несоответствие движения планет, не желавших двигаться по идеальным окружностям, он ввел понятие "эпициклов" и "деферентов". Согласно его замыслу, Земля все еще шарообразна (привет любителям плоской Земли из второго века нашей эры!) и все так же находится в центре Вселенной, а планеты (включая Луну и Солнце) движутся по маленьким кругам (эпициклы), которые, в свою очередь, движутся вокруг Земли по кругам большим (деференты). Звезды все еще покоятся на недвижимой небесной сфере, служившей горизонтом, ограничивающим нашу Вселенную от мира духов.

Схема ретроградного движения в системе Птолемея.

Модель Птолемея просуществовала почти 15 веков практически без каких–либо существенных качественных изменений. Точность наблюдения за ночным небом все увеличивалась, потому в схему приходилось добавлять новые эпициклы, вложенные в другие эпициклы, потом еще, и под конец их количество в некоторых моделях могло достигать восьмидесяти (!), пока в 16 веке за дело не взялся польский ученый Коперник. Поменял он, кстати говоря, не так уж и много, всего–то местами Землю и Солнце. Все те же идеальные круги, все те же эпициклы, которых стало заметно меньше, ибо совсем без них никак было нельзя, и все та же граница мироздания — неподвижная небесная звездная сфера.

Схема ретроградного движения в системе Коперника.

В глазах простого обывателя Коперник все поставил с ног на голову, хотя с научной точки зрения гораздо большую революцию произвел английский астроном Томас Диггес. А ведь читающий эти строки наверняка даже фамилию такую не слышал. Тем не менее, как раз Диггес убрал из схемы Коперника край Вселенной, заполнив ее звездами вдаль и до бесконечности, или, как говорится, решил, что "там черепахи до самого дна".

Не исключено, что именно идея Томаса Диггеса определила судьбу итальянца Джордано Бруно, зародив у него вполне логичный, не требующий больших усилий вывод. Если далекие звезды не точки, нарисованные на хрустальном куполе небес, а яркие светила, вроде нашего Солнца, то может быть вокруг этих светил крутятся свои миры/планеты, а на этих планетах возможно живут иные, неизвестные нам создания. Подобной ереси католическая церковь стерпеть не смогла. Если бы Бруно просто ляпнул такое и успокоился, все бы и обошлось, но он начал куролесить с лекциями по всей Европе, разнося зерна еретической заразы от Лондона до Венеции. Там его и схватили, продержали в римской тюрьме 8 лет и в конечном итоге таки казнили.

Похожая история, кстати говоря, случилась и с другим итальянцем, Галилеем, через 30 лет после сожжения Джордано Бруно. Галилей опубликовал книгу, в которой утверждал, что Коперник прав и что "Земля вертится", и его тоже посадили в тюрьму на 10 лет. Но Галилео был личным другом тогдашнего Папы Римского, потому его в итоге не сожгли, а наоборот, засунули под домашний арест, в котором он и оставался до конца своей жизни. А теперь самое интересное — в 1992 году Папа Иоанн Павел II официально признал, что католическая церковь совершила ошибку, и Галилей был не виновен, потому что Земля таки вертится, и отрицать это в 20–м веке невозможно даже папскому престолу. В то же время, после дополнительного расследования, он оставил приговор Джордано Бруно в силе. Того, по мнению Папы, сожгли верно и за дело, никаких иных форм жизни на планетах других солнечных систем до сих пор не обнаружено. Вот как найдутся, тогда и приходите с вопросами апелляций, а пока, извините, такие дела.

С другой стороны, совсем немного осталось дожидаться, пока немец Кеплер применит к системе Коперника свои три закона движения небесных тел (самым радикальным оказалась смена идеально круглых орбит на эллиптические, ну и пришлось ввести само понятие "орбита", конечно), а за ним подтянется англичанин Ньютон и первым объяснит, почему же планеты в принципе движутся по орбитам, а яблоки падают на землю, там еще и француз Лаплас немного в деле поучаствовал, и все, готова новая схема устройства Вселенной еще на 300 лет.

Картинка крупнее.

Вероятно, эту концепцию радикальной смены научной парадигмы отразил неизвестный художник 19 века, стилизовавший свою Гравюру Фламмариона по канонам средневековых картин. На ней ученый муж протыкает головой (вроде как силой ума) небесную сферу и находит за ней шестеренки, управляющие механизмами мироздания, по современным понятиям — заглядывает в форточку серверного дата–центра Матрицы.

То есть со времен Ньютона окружающая Вселенная приобрела вполне себе близкие к современным понятиям характеристики, я поясню, что имею ввиду. В центре мира находится Солнечная система, в самой середине которого либо Земля, либо Солнце, вокруг планеты, а дальше — бесконечные просторы, заполненные звездами, которые, в свою очередь, тоже звездные системы со своими планетами. По большому счету уже тогда начал формироваться т. н. принцип Коперника, утверждающий, что ни Земля ни Солнце не являются какими–то особенными выделенными местами во Вселенной. И что любую другую звезду точно так же можно объявить центром мира, а вся остальная Вселенная станет ее окружать, ибо если космос бесконечен, смело бери любую точку и объявляй ее центром, не ошибешься.

Затем в 20–х годах двадцатого века пришло понимание, что Вселенная неравномерно заполнена звездами повсюду и везде, вместо этого звезды кучкуются в большие конгломераты под названием "галактика" с огромными регионами пустоты между ними. Раньше слово "Галактика" являлось синонимом понятию "Вселенная", потому и писалась с большой буквы, но затем при помощи Хаббла (тогда еще не телескопа, а просто американского астронома) выяснилось, что в космосе полно других галактик (теперь уже с маленькой буквы), а наша, Млечный Путь, лишь одна из сотен миллиардов себе подобных. Сейчас, кстати, происходит похожая ситуация. Ученые предполагают, что кроме нашей Вселенной (которая с большой буквы, и которая раньше означала все–все–все, что есть и что сущее) могут существовать еще множество других вселенных (с маленькой), но об этом как раз ниже.

Все тот же Хаббл, человек и телескоп, кроме кучи иных галактик открыл еще и закон расширения нашей Вселенной, то есть обнаружил удаление галактик друг от друга. А раз галактики удаляются, значит раньше они были ближе, и так слово за слово, дело дошло до теории Большого Взрыва и мы, наконец, получили современную картину окружающей реальности.

Картинка крупнее.

Приглядитесь, ничего не напоминает? Правда, похоже на концепцию, с которой начался разговор? И все снова идеально круглое, никаких эпициклов! Тут, конечно, есть некие существенные различия, но с первого взгляда поражаешься — с чего начали, к тому и вернулись. Только на более продвинутом этапе познания, все как Ленин (Гегель) прописал.

И все же нужно понимать, в чем различия, давайте по порядку. Для начала, здесь у нас не модель всего мироздания, а лишь часть ее. Если скрестить теорию Большого Взрыва с постулатами Теории Относительности, оказывается, что мы не можем видеть вокруг себя дольше, чем возраст Вселенной, потому что быстрее скорости света никак нельзя. Возраст составляет около 14 миллиардов лет, то есть вокруг можно оглядеться на 14 миллиардов световых лет и дальше не получится.

Значит, вместо схемы всей–всей–всей Вселенной вообще, мы можем изобразить лишь макет так называемой Обозримой Вселенной, данной нам Эйнштейном в ощущениях, не выходящих за границы светового конуса. Это участок Вселенной, от которого до нас успели дойти хоть какие–то сигналы. В самом простейшем случае (а это не наш, у нас все прям сложно, но пока не будем углубляться) сей участок оказывается круглым пузырьком, то есть сферой радиусом 14 миллиардов световых лет. Причем границы этой сферы со временем расширяются, сигналы к Земле приходят от все более далеких участков космоса, с каждым прошедшим годом мы видим на световой год дальше, пузырек Обозримой Вселенной растет и горизонты восприятия раздвигаются.

А теперь забавная ремарка, о которой вряд ли задумаешься в суете дней. Если чуть–чуть ослабить строгость формулировок, можно полушутя сказать, что современные ученые "опровергли Коперника", и его постулат заодно. В центре Обозримой Вселенной находится таки не Солнце, а именно Земля. Мало того, в каждом конкретном случае — определенное место на Земле, откуда производятся наблюдения. В глазах смотрящего оказывается не только красота, но и вся окружающая реальность, она же Обозримая Вселенная. Это значит не просто Земля, а конкретно ты находишься в самом центре мира, твоя голова (твой глаз, твой мозг) — самый настоящий центр Обозримой Вселенной, и это не красивая метафора, а вполне научная точка зрения.

На границе Обозримой Вселенной (который, кстати, называется "горизонтом событий", совсем как у черной дыры), наши знания об окружающем мире заканчиваются. Собственно говоря, именно достоверные научные знания заканчиваются, то есть те, которые можно проверить и подтвердить экспериментом или наблюдением. Ученые догадываются (тут не знают, а именно догадываются), что Обозримая Вселенная — это не вся–вся–вся Вселенная. Если наблюдатель находится на другой планете, у другой звезды, в другой галактике, у него будет свой шарик обозримости, не совпадающий с нашим. А значит, та большая Вселенная может в принципе быть бесконечной во все стороны и вокруг каждой ее точки — своя обозримая вселенная (с маленькой буквы). Можно даже сделать обоснованное предположение, что на границах нашей обозримой вселенной ничего существенного не меняется, мы видим более–менее равномерно распределенные звезды и галактики до горизонта, скорее всего, и за ним продолжатся все такие же равномерно раскиданные по пространству звезды и галактики. Это почти что знание, а не догадка.

Невозможно знать наверняка, но можно вполне логично предположить, если за границей обозримой вселенной резко начинается пустота или, наоборот какая–то неведомая стена — звезды и галактики с нашей стороны границы оказались бы распределенными неравномерно. Они бы начали формировать какую–то угадываемую структуру, раз внутри везде звезды и галактики, а снаружи — сразу резко пустота. Но нет, не наблюдаем мы никакой особой структуры, все довольно равномерно размазано во все стороны до конца, так что, скорее всего, и за горизонтом наблюдаемости точно так же продолжается более–менее равномерно раскиданное по пространству вещество. Есть даже расчеты, для того, чтобы наблюдать то, что мы наблюдаем, т. е. изотропное распределение материи в обозримой вселенной, та большая окружающая Вселенная должна быть не менее чем в 100 раз больше видимой размерами. Возможно, и вовсе бесконечная, но мы точно знаем, что как минимум на два порядка больше нашей обозримой. Минимум.

Но что дальше? Дальше, повторюсь, уже не область научных знаний, нужно ясно понимать: здесь начинается область фантазий и догадок. То есть не может же быть, чтобы мы открыли все существующие тайны природы, и баста, ничего интересного уже никогда не обнаружим! Можно напридумывать гипотез (стараясь оставаться в рамках научных допущений), что может находиться там, за горизонтом. Повторится ли очередной виток спирали познания, найдем ли мы когда–то нечто большее, чем вся Вселенная? Возможно, какую–то Мультивселенную? Варианты могут быть разные, давайте пофантазируем, не забывая, что мы именно, что научно фантазируем.

Самый известный на сегодняшний день вариант вытекает из Теории Инфляции. Это даже не фантазия, а вполне рабочая мейнстрим гипотеза, которая со временем может найти косвенные и даже прямые наблюдательные подтверждения, и работы в этом направлении уже ведутся прямо сейчас наземными и космическими обсерваториями. Напомню в двух словах.

Некая темная и холодная (и фактически пустая) протоВселенная вследствие случайной квантовой флуктуации начала экспоненциально расширяться во все стороны. Почему и как это произошло, и что это была за протоВселенная, и почему она была пустая — тут одни сплошные гадания. Но потом в некотором месте (вполне может быть — во многих местах) это расширение начало замедляться, потому что достигло дна потенциальной ямы, на этом этапе "за счет сил трения/торможения" выделилось много энергии, которая и положила начало горячему Большому Взрыву, как мы его представляем сегодня. В вакуум выпали (сконденсировались) частицы горячей материи из–за фазового перехода от резкого торможения. Про "торможение", это конечно же шутка, в смысле аналогия, ничего там в буквальном смысле не тормозило, словно шиной об асфальт, но в качестве аналогии — все очень похоже.

Такое "торможение" теоретически могло происходить в разных случайных местах возможно изначально бесконечной и экспоненциально расширяющейся протоВселенной, маленькие пузырьки локальных больших взрывов вспыхивали то тут, то там, причем с разными условиями и даже разными физическими законами внутри. Какие–то пузырьки, вероятно, схлопывались обратно. Если слишком много материи сконденсировалось в вакуум космоса, гравитация их должна была стянуть взад, в точку, в сингулярность. Если слишком мало выпало материи, ее взаимная гравитация оказалась слишком слаба, и пузырь растянуло к чертям во все стороны все еще бесконечной протоВселенной, а внутри пузыря по большому счету пустота, лишь кое–где то фотон проскочит, то электрон случайный. В нашем же случае получилось очень четко и тонко настроено (антропный принцип, ага), материи оказалось в самый раз, чтобы начать раздувать пузырь локальной Вселенной, возникшей из местного Большого Взрыва, и продолжать раздувать все дальше и дальше хотя и с замедлением, но затем в дело вступает таинственная Темная Энергия, и пузырь пошел раздуваться уже с ускорением, и к чему это приведет, пока не ясно.

Вот вам и одна из самых простых теорий Мультивселенной. Некая огромная (возможно бесконечная) темная и холодная протоВселенная, расширяющаяся во все стороны (возможно даже сама в себя, но тут, повторюсь, мы мало что знаем точно, так что фантазируй хоть до упаду), в которой то там, то сям возникают раздувающиеся пузырьки обычных вселенных, один из которых оказался нашим.

Точнее, есть теория множественных вселенных даже еще попроще, чем вышеупомянутая. Наш, возникший в нашем локальном Большом Взрыве пузырек, тоже, строго говоря, может быть внутри бесконечным. Не нужно думать, что это натуральный такой круглый пузырь с границей из пленки, как на рисунках, вроде пузырька воздуха в бокале шампанского. Естественно, это все фантазии художников. Данная Вселенная с нашими законами физики и настроенная на наши ощущала тоже может быть бесконечной во все стороны, хотя это и трудно представить, как одна бесконечность Вселенной может оказаться "вся внутри" другой бесконечности Мультивселенной. То есть быть меньше ее, раз она вся внутрь помещается, и в то же время оставаться бесконечной. Но математика не запрещает, а что говорит физика, нам все еще на таких масштабах не понятно.

И если наша Вселенная бесконечна в своем пузырьке, то прикинем на глаз. Считается, что в Обозримой Вселенной находится около 10^80 элементарных частиц и примерно 10^90 фотонов, в большинстве своем реликтовых. Все очень–очень примерно, конечно же, но в этих вопросах порядок туда, два порядка сюда ничего существенно не меняют. Количество конфигураций, в которые можно сложить эти 10^80 частиц во много раз больше, чем самих частиц, но тоже какое–то определенное, пусть и невообразимо огромное число. Однако понятие "невообразимо" тут не очень уместно, все достаточно легко вообразимо, про действительно невообразимые вещи посоветую почитать мою статью "Число Грэма на пальцах™", хотя делать это рекомендуется с большой осторожностью (!).

А бесконечность — страшная штука, любая, даже невообразимо сложная конфигурация в бесконечной Вселенной будет вынуждена повторяться, причем бесконечное количество раз. Потому что любое, даже самое мозгораздирающее число в конце концов заканчивается, и таки придется воспроизводить взаиморасположение частиц заново. То есть если отлететь от нашей Обозримой Вселенной достаточно (трудновообразимо) далеко, мы рано или поздно наткнемся на точно такую же конфигурацию как и у нас, попадем в точно такую же обозримую вселенную. Правда, двигаться придется сильно быстрее скорости света, что невозможно, а так — вот самая простая модель Мультивселенной, бесконечная Вселенная с одинаковыми законами физики, разделенная на шарики обозримых вселенных, отделенных горизонтом событий и периодически повторяющихся. В отличие от той же инфляционной Мультивселенной, где в каждом пузырьке, теоретически, могут быть разные законы физики, но если их бесконечное количество, то тоже без повторов не обойтись.

Еще более хитрая идея конструкции Мультивселенной вытекает из постулатов квантовой механики. Там считается, что любое наблюдение схлопывает волновую функцию, и кот Шредингера в коробке оказывается либо жив, либо мертв. Однако существуют интерпретации, что в момент наблюдения Вселенная разделяется надвое (или на любое количество возможных исходов) и каждую секунду мы порождаем сумасшедшее количество ответвленных параллельных вселенных, каждая со своим исходом эксперимента. Эти вселенные расположены уже не так бесконечно далеко, как вселенные в инфляционной теории. Они все вот прямо здесь, где-то рядом, возможно в иоттаметре от нашей, только добраться туда (пока) невозможно, ибо они отделены от нас каким-то высшим измерением или что-то из этой области.

Кстати, про высшие измерения. Если они существуют и Теория Струн верна, мы получаем еще одну возможность существования параллельных вселенных. Там, где высшие измерения свернуты в иные конфигурации (проблема ландшафта) всегда открыта дверь для постулирования 10^500 различных сверток пространства Калаби-Яу, а значит, потенциальное наличие такого количество параллельных вселенных вокруг.

Вообще, концепций мультивселенных напридумано великое множество. Скажем, отдельные вселенные могут быть разнесены не в пространстве, а во времени. Тут возможен целый набор т. н. циклических мультивселенных. Например Вселенная взрывается Большим Взрывом, начинает разлетаться во все стороны, но потом замедляется, поворачивает взад, сжимается практически до первоначальной величины, вот-вот в сингулярность схлопнется, и тут бах! — новый Большой Взрыв. И так по кругу. Получаются разные вселенные, ведь из одной в другую просто так не попадешь, а в сумме — Циклическая Мультивселенная.

Или то же с подключением Теории Струн — если соседние многомерные браны периодически сталкиваются друг с другом то там, то здесь, в месте их столкновения тоже будут происходит большие взрывы с возникновением новых вселенных, то там, то здесь, получается — Мультивселенная Бран.

Или если с подключением черных дыр — рассматривать сингулярность в центре черной дыры, как изначальную сингулярность большого взрыва, вырывающегося в какое-то иное подпространство, где надувается пузырь новой вселенной, в которой со временем начнут образовываться звезды, горящие и взрывающиеся и порождающие новые черные дыры, в которых тут же начинают надуваться пузыри новых вселенных следующего цикла — эдакая Мультивселенная Естественного Отбора или Мультивселенная Эволюции Черных Дыр. Потому что более плодородной будет та вселенная, в которой сформируются условия для существования наибольшего количества черных дыр, а те вселенные, где не будет материи, или ее будет слишком мало, так и останутся бесплодными.

Ну, и напоследок совсем уж радикальная мысль. Хотя, как посмотреть, ведь в отличие от всех предыдущих теоретических фантазирований, в эту параллельную вселенную можно заглянуть прямо здесь и сейчас. Да чего там говорить, ты прямо сейчас в нее смотришь. Отведи глаза чуть-чуть в сторону, оторвись от букв, замечаешь черный прямоугольник, ту черную прямоугольную рамку, ограничивающую пересечение горизонта событий наших вселенных? Сопроводительного рисунка не будет, ты должен сам его увидеть. Вот оно — окошко в пока еще не существующий (ну, мы же фантазируем, но как знать!), на наших глазах строящийся мир. Возможно, с другими понятиями и законами, или даже с другими понятиями законов возможного. Как думаешь, получится ли это окошко когда-либо превратить в дверь?