Когда сегодня зависит от завтра: в современной Вселенной нашли отголоски конца света
NewsMakerМы-то думали, время работает в одну сторону, а оно вон как обернулось…
Новаторское исследование в области квантовой космологии предлагает радикально иной взгляд на устройство мироздания: оказывается, не только прошлое определяет настоящее, но и будущее способно влиять на текущие события. Такой подход неожиданно объясняет одну из самых загадочных особенностей Вселенной — его расширение.
На протяжении трёх столетий физики полагали, что любое событие определяется исключительно тем, что произошло до него. Этот принцип заложил ещё Ньютон: зная положение и скорость каждого предмета в какой-то момент, можно рассчитать, где он окажется в любой другой момент. Такой подход прекрасно работал для описания движения планет, полёта пушечного ядра или падения яблока.
Картина усложнилась, когда Эйнштейн создал общую теорию относительности. Оказалось, что если проследить историю Вселенной в прошлое, то мы неизбежно упрёмся в точку Большого взрыва. В этот момент все уравнения физики перестают работать — как будто сама природа не хочет раскрывать тайну происхождения космоса. Учёные не могут определить, из какого начального состояния развилась наша Вселенная.
Решить эту проблему попытались с помощью квантовой механики — науки о поведении мельчайших частиц. В микромире действуют странные законы: нельзя точно предсказать, что произойдёт в каждом конкретном случае. Можно лишь вычислить вероятности разных событий. При этом квантовая теория допускает необычную возможность: на эти вероятности может влиять не только прошлое, но и будущее состояние системы.
В лабораториях физики давно используют этот эффект. Они проводят множество измерений, а потом отбирают только те результаты, которые соответствуют заданным условиям. Но что если применить похожий принцип ко всей реальности? В этом случае начальное и конечное состояние космоса становятся фундаментальными законами природы — своеобразными граничными условиями для развития мироздания.
Эту идею впервые высказал Стивен Хокинг в 1980-х годах. Он предположил, что Вселенная закончит своё существование точно так же, как начала — сжавшись в точку. Хокинг надеялся объяснить, почему время течёт только вперёд, а не назад. Но его теория не подтвердилась, а когда астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее, стало ясно: никакого финального сжатия не будет.
В статье же, опубликованной в журнале Physical Review D, описан математический аппарат, позволяющий рассчитать усреднённое поведение квантовых систем, на которые влияют как начальные, так и конечные условия. Удивительно, но эти сложные вычисления можно записать на языке обычной физики, не прибегая к экзотическим теориям.
Результаты расчётов поразили авторов. Оказалось, что космологические модели с квантовыми граничными условиями естественным образом приводят к ускоренному расширению пространства. В какой-то момент Вселенная перестаёт замедлять свой рост под действием гравитации и начинает разлетаться всё быстрее — именно это мы и наблюдаем сегодня.
До сих пор считалось, что объяснить это явление можно только с помощью гипотетической тёмной энергии — особой субстанции, пронизывающей всю материю и создающей антигравитацию. Либо требовалось существенно менять теорию тяготения Эйнштейна. Новый подход не нуждается в таких радикальных предположениях: ускорение возникает просто потому, что на современную Вселенную влияют квантовые законы её будущего состояния.
Конечнл, у гипотезы есть одно важное ограничение: она не может описать то, что происходило в непосредственной близости от Большого взрыва. В те первые мгновения квантовые эффекты были настолько сильны, что нам теперь для потребуются более комплексные математические подходы для их изучения и моделирования. Его разработка позволит понять, как формировались первые неоднородности в распределении материи, из которых потом образовались галактики. А ещё можно будет сравнить предсказания теории с данными о реликтовом излучении и гравитационных волнах — древнейших сигналах, дошедших до нас из ранней Вселенной.
Дальнейшие исследования покажут, насколько точно необычная квантовая космология описывает реальность. Если теория выдержит проверку наблюдениями, нам, вероятно, придётся полностью пересмотреть представления о мире вокруг.
Новаторское исследование в области квантовой космологии предлагает радикально иной взгляд на устройство мироздания: оказывается, не только прошлое определяет настоящее, но и будущее способно влиять на текущие события. Такой подход неожиданно объясняет одну из самых загадочных особенностей Вселенной — его расширение.
На протяжении трёх столетий физики полагали, что любое событие определяется исключительно тем, что произошло до него. Этот принцип заложил ещё Ньютон: зная положение и скорость каждого предмета в какой-то момент, можно рассчитать, где он окажется в любой другой момент. Такой подход прекрасно работал для описания движения планет, полёта пушечного ядра или падения яблока.
Картина усложнилась, когда Эйнштейн создал общую теорию относительности. Оказалось, что если проследить историю Вселенной в прошлое, то мы неизбежно упрёмся в точку Большого взрыва. В этот момент все уравнения физики перестают работать — как будто сама природа не хочет раскрывать тайну происхождения космоса. Учёные не могут определить, из какого начального состояния развилась наша Вселенная.
Решить эту проблему попытались с помощью квантовой механики — науки о поведении мельчайших частиц. В микромире действуют странные законы: нельзя точно предсказать, что произойдёт в каждом конкретном случае. Можно лишь вычислить вероятности разных событий. При этом квантовая теория допускает необычную возможность: на эти вероятности может влиять не только прошлое, но и будущее состояние системы.
В лабораториях физики давно используют этот эффект. Они проводят множество измерений, а потом отбирают только те результаты, которые соответствуют заданным условиям. Но что если применить похожий принцип ко всей реальности? В этом случае начальное и конечное состояние космоса становятся фундаментальными законами природы — своеобразными граничными условиями для развития мироздания.
Эту идею впервые высказал Стивен Хокинг в 1980-х годах. Он предположил, что Вселенная закончит своё существование точно так же, как начала — сжавшись в точку. Хокинг надеялся объяснить, почему время течёт только вперёд, а не назад. Но его теория не подтвердилась, а когда астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее, стало ясно: никакого финального сжатия не будет.
В статье же, опубликованной в журнале Physical Review D, описан математический аппарат, позволяющий рассчитать усреднённое поведение квантовых систем, на которые влияют как начальные, так и конечные условия. Удивительно, но эти сложные вычисления можно записать на языке обычной физики, не прибегая к экзотическим теориям.
Результаты расчётов поразили авторов. Оказалось, что космологические модели с квантовыми граничными условиями естественным образом приводят к ускоренному расширению пространства. В какой-то момент Вселенная перестаёт замедлять свой рост под действием гравитации и начинает разлетаться всё быстрее — именно это мы и наблюдаем сегодня.
До сих пор считалось, что объяснить это явление можно только с помощью гипотетической тёмной энергии — особой субстанции, пронизывающей всю материю и создающей антигравитацию. Либо требовалось существенно менять теорию тяготения Эйнштейна. Новый подход не нуждается в таких радикальных предположениях: ускорение возникает просто потому, что на современную Вселенную влияют квантовые законы её будущего состояния.
Конечнл, у гипотезы есть одно важное ограничение: она не может описать то, что происходило в непосредственной близости от Большого взрыва. В те первые мгновения квантовые эффекты были настолько сильны, что нам теперь для потребуются более комплексные математические подходы для их изучения и моделирования. Его разработка позволит понять, как формировались первые неоднородности в распределении материи, из которых потом образовались галактики. А ещё можно будет сравнить предсказания теории с данными о реликтовом излучении и гравитационных волнах — древнейших сигналах, дошедших до нас из ранней Вселенной.
Дальнейшие исследования покажут, насколько точно необычная квантовая космология описывает реальность. Если теория выдержит проверку наблюдениями, нам, вероятно, придётся полностью пересмотреть представления о мире вокруг.