Антивселенная - равноправный партнёр Вселенной в космосе
Самая популярная в настоящее время космологическая теория "Big Bang" или "Большого Взрыва" - не слишком-то удачна. Не зря её сам римский папа похвалил: вполне-де с церковной догмой согласуется: ничего не было, а потом Бог этот самый "Bang!" устроил. Папе - проще. А вот учёным - не всем нравится. Ведь если даже допустить существование Творца, сразу же возникнет вопрос: а что же тогда такое сам Бог, и откуда он сам-то взялся? Так что, для науки Бог - персона "нон-грата".
Зато после взрыва, уже с самых первых микросекунд, за исключением маленького "но", о котором позже, более или менее понятно, как происходило структурирование Вселенной (S. Weinberg. The first three minutes, a modern view of the origin of the Universe, New York: Basic Books, 1993). Вобщем - ничего сверхъестественного: в целом энтропия нарастает, но, вследствие полученного в момент "взрыва" запаса энергии, отклонённая от положения равновесия система, развиваясь нелинейно (P. Covency and R. Highfield. The arrow of time, 1990), даёт начало самоорганизующимся "подсистемам" - от атомов и галактик до живых организмов, в том числе и мыслящих.
И всё же, остаётся неясным, откуда же взялась эта колоссальная энергия "Big Bang"?
Похоже, что всё происходит следующим образом:
Существуют вечно Вселенная и Антивселенная. Это не "статическое" состояние, а периодическое их появление и исчезновение (аннигиляция, "взаимоуничтожение") в моменты времени, соответствующие "Big Bang" и/или "Big Crunch".
Подобный процесс хорошо известен в квантовой механике. С. Хокинг, например, пишет, что в так называемом "пустом пространстве" непрерывно возникают и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц, которые появляются вместе, удаляются друг от друга и снова сближаются, чтобы аннигилировать - с выделением определённого количества энергии (S. Hawking. The illustrated a brief history of time, Bantam Books, 1997). "Поскольку энергия не может создаваться из ничего, - пишет далее Хокин, - один из партнёров в паре частица-античастица имеет позитивную, а другой - негативную энергию".
Так, по-видимому, и в случае системы "Вселенная-Антивселенная". Ни что иное, как сила притяжения между этими двумя мирами обусловливает гравитацию, которая препятствует расширению Вселенной, начавшемуся с "Big Bang", "стягивает" все её объекты, искривляет пространство и время, приводя в конечном итоге к неизбежному "Big Crunch" - в конце очередного цикла. При этом аннигиляция снова даёт ту колоссальную энергию, с которой начинается развитие Вселенной в новом цикле - и так "ad infinito".Так что из трёх, до сих пор считавшихся равновероятными моделей Фридмана, правомерна I модель, закрытой Вселенной, но предрекаемый ею "Big Crunch" - не конец всему, а лишь новое начало.
Вернёмся к квантовой механике. Существует сложная взаимосвязь между материей/антиматерией, пространственной симметрией и двумя направлениями времени. Она заключается в том, что если частицы заменить античастицами, пространственные координаты - их зеркальным отражением, а направление времени изменить на противоположное (из будущего - в прошлое), то физические законы, которым подчиняется такой объект, останутся неизменными (C, P, T-invariance) (P. Covency and R. Highfield. The arrow of time, 1990).
В паре "Вселенная-Антивселенная" существуют, по-видимому, подобные же отношения: Антивселенная состоит из антивещества (определение см. S. Weinberg. The first three minutes), обладает отрицательной энергией, является "зеркальным отражением" нашей Вселенной и движется (развивается, существует) обратно во времени, что обеспечивает сохранение всех физических законов в системе (в предписываемой же теорией "Big Bang" "сингулярности" всe законы терпят крах).
И действительно, "общая сумма" материи и энергии в паре "Вселенная-Антивселенная", как и в паре "частица-античастица", остаётся неизменной, равной нулю, т.е., в соответствии с I законом термодинамики - основным законом природы - энергия (и материя) не создаётся из ничего и не исчезает. Система существует вечно и не требует Создателя.
Что касается II закона термодинамики, о нарастании энтропии вo Вселенной, то он, разумеется, тоже справедлив - для Вселенной, где протекают необратимые процессы, которым свойственно положительное направление времени - из прошлого в будущее. "Необратимость - однонаправленное развитие системы с присущим ей направлением времени" (P. Covency and R. Highfield. The arrow of time, 1990).
Как известно, и классические и современные физические теории допускают оба направления времени - "закон симметричности времени" (P. Covency and R. Highfield. The arrow of time, 1990). Энтропия - функция времени: когда время идёт из прошлого в будущее, энтропия с течением времени нарастает, когда же время "меняет знак", направляясь из будущего в прошлое, энтропия, соответственно, падает. Т.е., в Антивселенной, состоящей из антивещества и существующей обратно во времени, энтропия постепенно снижается, сохраняя, таким образом, идеальную симметричность всех параметров пары "Вселенная-Антивселенная" - в любой момент.
Итак, время, которое, согласно Эйнштейну, способно "замедляться", очевидно, "останавливается" в момент "Big Bang"/"Big Crunch", и - меняет своё направление на противоположное - в Антивселенной. Т.е. время, как и прочие координаты, имеет два направления - в обе стороны от нуля. Возможно (и логично), искривленность пространства также способна, достигая max. в "сингулярности", приобретать в Антивселенной "негативное значение", когда пространство как бы "выворачивается", изгибаясь не как поверхность шара, а как "поверхность седла", вернее, как внутренняя поверхность шара - "зеркальное отражение" конфигурации Вселенной. Интересно, что именно такое, "седлообразное" искривление пространства, требуется, по мнению ряда авторов (S. Hawking, например) для путешествий "обратно во времени".
Привожу здесь перевод Хокингского лимерика:
"Дама, по прозвищу "Умница",
Хотела проехать по улице,
Но мчалась при этом
Сверх скорости света,
И вот наказанье за это:
Дама вновь у родного подъезда,
Задолго, увы, до отъезда."
Поскольку для материальных объектов превышение скорости света невозможно, то подобные "эффекты", по-видимому, прерогатива Антивселенной, её виртуальных частиц и состоящих из них образований. Однако и во Вселенной, при скоростях, близких к скорости света, происходят некоторые весьма интересные явления.
Как известно из квантовой механики, волна и частица - два различных определения одной и той же сущности. Двойственная природа частиц демонстрируется в так называемом "эксперименте с двойной щелью": Если свет (электромагнитные волны) проникает через две узкие щели в преграде на регистрирующий экран, на нём возникают полосы интерференции, что естественно для волновых процессов. Обнаружилось также, что при замене источника света источником частиц, например, электронов, посылаемых строго по одному, на экране снова появляются интерференционные полосы, хотя естественно было бы ожидать, что каждый электрон пройдёт либо через одну, либо через другую щель. Узор же интерференции свидетельствует, что электрон проходит в обе щели одновременно! Отсюда был сделан вывод, что электрон - не только частица, но и волна.
Каким может быть объяснение подобного феномена?
Как известно из "мыслительных экспериментов", при скоростях, превышающих скорость света, объект может "сам себя обогнать" ("Дама, по прозвищу..."). Видимо, при скоростях, равных скорости света, можно "самого себя догнать". "Любая частица с массой покоя, равной нулю, - пишет С. Вайнберг, - как фотон, нейтрино или гравитон, движется со скоростью света. Материальные же частицы приближаются к скорости света, если их энергия в значительной мере сравнима с энергией покоя mc2, где m - масса данной частицы" (S. Weinberg. The first three minutes). Возможно, что такая частица, двигаясь со скоростью. близкой к скорости света, "догоняя саму себя", как бы "удваивается", находясь в "двух местах сразу", по-соседству сама с собой, т.е. получает возможность одновременно пройти в обе щели, создавая интерференционный узор, за что и получает "статус" волны. Как известно, длина волны обратно пропорциональна массе частицы, что вполне логично, так как частицы с большей массой труднее "разогнать" до скорости света.
Квантование же энергии, т.е. тот факт, что энергия (электромагнитные волны - свет, например), испускается не сплошным потоком, а как бы отдельными порциями, "квантами" - закономерный результат того, что фотон - прежде всего частица, хотя и движется, обладая массой покоя, равной нулю, со скоростью света, когда волновые свойства наиболее ярко выражены.
И снова - космология.
Существование Антивселенной не представляется таким уж невероятным, если вспомнить описание условий в первичной Вселенной - в первые моменты после "Big Bang". "Вначале, - пишут И. Николсон и П. Мур (I. Nicolson and P. Moore. The universe. Equinox, Oxford, 1985), - происходило постоянное создание и взаимоуничтожение частиц и античастиц. Затем ... возник крошечный перевес частиц по отношению к античастицам - по причинам, которые пока ещё окончательно не ясны" - то самое маленькое "но", о котором упоминается на 1-й странице.
Чтобы разобраться в причинах такого перевеса, обратимся снова к квантовой механике. Квантовая механика утверждает, что каждая частица имеет свою пару - античастицу. Здесь, очевидно, имеется в виду каждый "класс частиц". Но, если воспринимать это утверждение более буквально, т.е., что именно каждая отдельная частица имеет свою "пару" - античастицу - а именно это и происходило вначале, в "гомогенном супе" первичной Вселенной (см., например, S.Weinberg; I. Nicolson and P. Moore), тo можно предположить, что, если во Вселенной образуется избыток частиц, значит, где-то накапливается такой-же избыток античастиц. Т.е., когда с понижением температуры (после "Big Bang") начиналось структурирование Вселенной и материальные частицы объединялaсь во всё более и более сложные комплексы, точно так же проиcходила и конгломерация античастиц в антивещество, в Антивселенную. Такое структурирование (объединение с "себе подобными") препятствует моментальной аннигиляции частиц с античастицами, отдаляет её - от "Big Bang" до "Big Crunch" - на миллиарды лет!
Исходя из вышеизложенного, представляется логичным заключить, что Вселенная - сумма всех частиц - неизбежно должна иметь свою пару - сумму всех античастиц - Антивселенную. В таком объекте - "Антивселенной" - нет ничего "сверхъестественного". Виртуальные частицы, из которых она состоит, как известно, не улавливаются детекторами. Но существование античастиц подтверждается их влиянием на материальные частицы - куда каким заметным влиянием - вплоть до аннигиляции последних.
Так и Антивселенная - причина грядущего "Big Crunch" - реальна, поскольку определяющим образом влияет на нашу Вселенную - её возникновение, развитие - до мельчайших подробностей - движение всех её объектов (по геодезическим корзинам в изогнутом 4-х мерном пространственно-временном континууме), её конец и последующее повторение цикла. Между Вселенной и Антивселенной существуют жесткие реципрокные связи. Bследствие взаимопротивоположного направления времени в них, событие, которое должно произойти во Вселенной "завтра", уже произошло в Антивселенной - "вчера", и наоборот. Т.е., наш мир определяет прошлое виртуального с той же неизбежностью, с которой виртуальный мир определяет будущее нашего.
В этом виртуальном, "мнимом" мире, существующем обратно во времени, делается оправданным применение в расчётах мнимых чисел. "Мнимое время - время, измеряемое при помощи мнимых чисел" (S. Hawking, The illustrated a brief history of time). Мнимые числа давно используются математиками при решении космологических задач (С. Хокин, Р. Пенроуз и др.), но приём этот считался до сих пор искусственным, хотя С. Хокин и отмечает: "Возможно, то, что мы называем мнимым временем, фактически более фундаментально, чем реальное" (S. Hawking, The illustrated a brief history of time).
Исходя из вышеизложенного, правильнее будет заключить, что мнимое время, во всяком случае, не менее фундаментально, чем реальное. Просто, мир оказывается сложнее, чем мы его себе до сих пор представляли - ровно "вдвое", на Антивселенную. И тогда он вечен, неистребим, заключён сам в себе, не требует Создателя, а лишь повторяет бесконечный цикл состояний.
Возможно, Антивселенную, где энтропия падает, а, следовательно, нарастает негэнтропия, другими словами, - информация (К. Шеннон, И. Пригожин, Л. Бриллюэн), допустимо считать информационным миром. Кому-то может показаться заманчивым называть этот информационный, виртуальный мир "божественной" субстанцией, неким Высшим разумом, в котором-де определено наше будущее. Ну, что ж. Это - дело вкуса. Хочу только заметить, что молиться такому Богу бесполезно: подобные реципрокные связи "мира" с "антимиром" являются просто следствием способа существования системы, определяются чёткими и неизменными физическими законами и "обжалованию" не подлежат.
Можно, конечно, сожалеть, что наша "свобода воли" является, строго говоря, лишь иллюзией в этом жёстко обусловленном причинно-следственными связями мире, но, вследствие полнейшей невозможности для нас предугадать грядущие события, к этой "иллюзии" следует относиться вполне серьёзно. Я же хочу лишь повторить вслед за Спинозой: "Бог есть Природа". Нет смысла искать что-либо вне её.
Почему же тела Антивселенной до сих пор не были зарегистрированы учеными? Попробуем разобраться в этом вопросе.
Известно, что в космической шкале понятия пространства и времени неразрывно связаны друг с другом: расстояние между небесными телами мы измеряем временем, которое необходимо свету для его преодоления. Известно также, что волна света, распространяясь от источника, направляется как к наблюдателю (прямой световой конус), так и прочь от него (обратный световой конус).
Если момент отдельной вспышки принять за точку отсчета, то направление движения фотонов в прямом конусе естественно считать положительным, а в обратном - отрицательным. Соответствующие изменения претерпевает и время: в обратном конусе оно, в отличие от прямого, приобретает отрицательные значения, поскольку любой последующий пункт отнесен в более далекое прошлое, чем предыдущий - на большее число световых лет от наблюдателя. Т.е., в обратном конусе фотоны движутся обратно во времени - из будущего в прошлое - в отрицательной временной шкале.
Собственно, движущимся обратно во времени можно считать любой объект, удаляющийся от наблюдателя: именно поэтому замедляется время космонавта. Но - попадет ли космонавт в отрицательное время? Проведем некий мыслительный эксперимент. Допустим, скорость космонавта равна половине скорости света (в мыслительном эксперименте все возможно). Тогда, двигаясь обратно во времени, допустим, 10 лет, он преодолевает расстояние в 5 световых лет, т.е., попадает на 5 лет в прошлое по сравнению с земным временем, и должен, следовательно, отвести свои часы на 5 лет назад:
10 - 5 = 5.
Это означает, что время космонавта осталось положительным, хотя и замедлилось вдвое.
Если же скорость космонавта равна скорости света, он должен будет, путешествуя обратно во времени, отвести свои часы назад ровно на столько лет, сколько он провел в пути:
10 - 10 = 0,
т.е., время для него как бы остановилось: в момент завершения полета космонавт окажется в месте соприкосновения вершин прямого и обратного конусов, в эпицентре волны. И, наконец, если скорость космонавта превысит скорость света,- скажем, вдвое,- он попадет в обратный световой конус, в отрицательное время! Время космонавта извращается, идет вспять, т.к. за 10 лет пути он отводит часы на 20 лет назад:
10 - 20 = -10.
Т.е., представление об однонаправленном времени сохраняется , по-видимому, лишь потому, что для материальных объектов невозможно достижение скорости света, а тем более - ее превышение. Любой же объект, движущийся со скоростью, меньшей скорости света, рано или поздно будет настигнут световой волной, которая, отразившись от него, вернется к наблюдателю. Мы способны воспринимать лишь свет, идущий к нам, попадающий на сетчатку глаза. Свет же из обратного конуса может быть зафиксирован наблюдателем исключительно в том случае, если он отразится от какого-либо, втреченного на пути, объекта. И тогда это снова будет прямой конус света - но уже от другого источника: все небесные тела светятся,как известно, либо своим, либо отраженным светом, и в этом смысле являются для наблюдателя самостоятельными источниками света.
Стоит ли удивляться тому, что, рассматривая лишь свет, идущий в одном направлении, мы и время оцениваем, как однонаправленную величину?. Однако, означает ли это, что в космосе не существует объектов, способных двигаться в отрицательном времени? Вовсе нет. Это лишь означает, что такие объекты не могут быть обнаружены астрономами: поскольку их скорость превышает скорость света, световая волна их никогда не настигнет и не отразится от них - как бы давно ни началось, и как бы долго ни продолжалось их движение. Существование подобных объектов подтверждается лишь косвенными данными (см. выше). Не вызывает, впрочем, сомнения тот факт, что образовавшиеся в первичной Вселенной античастицы никуда не могут исчезнуть. Аннигиляция их с партнерами - материальными частицами - оказалась невозможной, так как последние и по сей день существуют в объектах материальной Вселенной. Античастицам оставалось лишь, сгруппировавшись по их примеру, образовать тела Антивселенной. Но, в то время, как масса - мера инертности, антиматериальные объекты приобрели, по-видимому, необходимую подвижность, которая позволяет им успешно избегать пристального внимания астрономов, без устали ищущих темное вещество во Вселенной.
Объекты, которые движутся со скоростью, превышающей скорость света, всегда остаются в обратном световом конусе, в связи с чем в принципе не могут быть зарегистрированы земным наблюдателем. А именно их совокупность и представляет собой Антивселенную.
Необходимо подчеркнуть, что, когда речь идет об объектах квантовой механики, где наблюдатель находится как бы вне системы и способен, при известных условиях, регистрировать происходящее как в прямом, так и в обратном конусах, следует быть особо осторожным при классификации частиц: возможно, подсказкой здесь может служить наличие или отсутствие у объекта массы покоя, а также такие свойства, как заряд и спин частицы. И наконец, не потому ли фотоны, эта пограничная субстанция, могут быть сами себе античастицами, что способны посещать оба эти мира?