Бесконечное творение из ничего

Могла ли наша Вселенная быть экспериментом древней цивилизации?

Астронавты описывают пустоту и тьму космоса вдали от Земли как ошеломляющий опыт – реальность такова, что пространство ни пустое, ни тёмное. Даже за пределами галактик астронавт может найти в среднем хотя бы один протон на каждый кубический метр. Кроме того, один электрон и полмиллиарда фотонов и нейтрино, оставшихся после Большого взрыва. Тем не менее, можно наивно представить, что пространство между этими частицами пусто. Действительно, первые атомисты в Древней Греции думали, что вакуум – это буквально ничто.

Отнюдь нет. Преобладающая часть космического баланса массы – примерно две трети – в настоящее время связана с "тёмной энергией", которая пронизывает вакуум, оказывает отталкивающее гравитационное воздействие на материю и ускоряет расширение Вселенной. Последние измерения показывают, что вакуум ведет себя как космологическая постоянная, которую Альберт Эйнштейн добавил к своим уравнениям столетие назад, когда рассматривал гипотетическую возможность статической Вселенной, в которой притягивающая гравитация материи уравновешивается отталкиванием от вакуума.

Наша реальная Вселенная не только расширяется, но и делает это равномерно с точностью до одной части на 100 000 [частей]*, даже в тех регионах, которые находятся на противоположных сторонах нашего космического горизонта, и у которых не было времени для взаимодействия. Популярным объяснением этой очевидной загадки является космическая инфляция, ранний период, в течение которого вакуум запускал ускоренное расширение в течение ограниченного времени, так что области, которые изначально были близки и находились в причинном контакте, в конечном итоге были настолько разделены, что теперь они находятся на противоположных сторонах нашего неба. Если так, то вакуум доминировал над расширением как в начале, так и в конце нашей космической истории.

*Пространство не расширяется с какой-то конкретной скоростью, а скорее с определенной степенью: со скоростью на единицу расстояния. Когда мы говорим о скорости расширения [постоянная Хаббла], имеется в виду скорость на единицу расстояния: сегодня это порядка 70 км/с/Мпк (километров в секунду на мегапарсек; мегапарсек – 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотности всего, что есть во Вселенной, включая и материю с излучением. С расширением Вселенной материя и излучение внутри неё становятся менее плотными, и с падением плотности материи и излучения падает и скорость расширения. Вселенная в прошлом расширялась быстрее, и замедляется со времён горячего Большого взрыва. Постоянная Хаббла названа так не очень точно; её надо бы назвать параметром Хаббла.

Если мы чувствуем необходимость найти пустоту, мы можем представить себе гипотетическую область за пределами наблюдаемого объёма нашей Вселенной, где космологическая постоянная обращается в ноль и нет материи. Будет ли этот регион пустым? Ответ, опять же, нет.

Согласно квантовой механике, он по-прежнему будет испытывать флуктуации вакуума, а виртуальные частицы на короткое время будут появляться и исчезать. Реальность этих кратковременных флуктуаций была подтверждена экспериментально с помощью ряда эффектов. Например, когда две металлические пластины расположены параллельно друг другу, они ограничивают длину волны виртуальных электромагнитных колебаний в пространстве между ними, в результате чего между ними возникает сила, так называемый эффект Казимира.

Точно так же взаимодействие между флуктуациями вакуума и электроном в атоме водорода создает разность энергий между состояниями 2S1/2и 2P1/2 электрона и дает Лэмбовский сдвиг между их энергетическими уровнями. Кроме того, достаточно сильное электрическое поле может ускорять виртуальные электроны и позитроны из вакуума, так что они материализуются в реальные частицы и вызывают эффект Швингера – рождение пар. По аналогии, сильная гравитация горизонта событий чёрной дыры генерирует тепловое излучение из вакуума и вызывает испарение Хокинга этой чистой пространственно-временной структуры.

Фактически, тепловое излучение исходит из вакуума не только в чёрных дырах, но и во всех системах, обладающих причинными горизонтами.

…

Во время ускоренной космической инфляции возникли связанные с этим флуктуации вакуума, которые потенциально зародили современные структуры галактик и скоплений галактик. Если это произошло, мы обязаны своим существованием ранним квантовым флуктуациям. Вакуум посеял жизнь.

Но мы можем рассмотреть ещё больше фундаментальных вопросов. Поскольку атомщики ошибались и пустоты нигде не было, что же там было до Большого взрыва? Наша Вселенная возникла из-за колебаний вакуума? На эти вопросы можно ответить только в рамках предсказательной теории квантовой гравитации, объединяющей квантовую механику и гравитацию, которой у нас пока нет. Пока она не будет разработана, мы не сможем выяснить наши космические корни.

Как и в случае с эффектом Швингера, можно предположить, что сильное раздражение вакуума потенциально могло бы создать детскую вселенную. Возможно ли это, зависит от неочевидных деталей и является предметом активных исследований, которые я недавно изучал как обратный ход времени при коллапсе в чёрную дыру с Полом Чеслером, научным сотрудником Harvard’s Black Hole Initiative.

Искусственный канал зарождения может иметь интересные последствия для нашего собственного космического происхождения. Если бы наша Вселенная была создана в лаборатории другой цивилизации, можно было бы представить бесконечную последовательность маленьких вселенных, рожденных друг из друга цивилизациями, которые разработали технологическую чрево, способное дать рождение новым вселенным. В подобном случае, пуповина нашего большого взрыва возникла в лаборатории.

Вселенная – величайший дар, который экспериментатор мог надеяться получить из вакуума. Внутри подарка могут оказаться первые атомисты, которые считают вакуум пустым, а затем учёные, которые в конечном итоге создают из него новую вселенную.

источник https://www.scientificamerican.com/article/endless-creation-out-of-nothing/

использованы данные https://habr.com/ru/post/412441/

редактура и адаптация Дмитрий Бобров

ps Текст немного урезан, убрана часть с обращением к стихотворению, которое мало того что непросто перевести, так и совершенно не ясно, как автор статьи нашёл в стихотворении нечто созвучное теме статьи. Я просмотрел полный текст стиха и не нашёл ничего про пустоту космоса (ночи) и не смогу никак связать с научной интерпретацией в статье, как это попробовал представить автор.

Так же был убран кусок текста (в "переводе", в этом месте стоит троеточие) с неимоверно сложным описанием, трудным как для перевода, так и для понимания.

Если у вас есть какие то замечания и предложения по тексту сттатьи, пишите мне во вконтакте.