Брайън Грийн: Единствена ли е Вселена ни?

В сърцевината на съвременната космология лежи загадка: Защо Вселената ни е пригодена за създаване на условия, които са необходими за живот? В това пътешествие в някои от най-големите нови открития на науката, Брайън Грийн показва как завладяващата идея за мулти-вселената има отговор на загадката.

Преди няколко месеца

Нобеловата награда по физика

беше присъдена на два екипа астрономи

за откритие, което се счита

за едно от най-важните

астрономически открития.

Днес, след кратко описание, за това, което те откриха,

ще ви разкажа за много противоречива схема,

която обяснява откритието им,

а именно, възможността,

че далече от Земята,

Млечния път и други галактики,

можем да открием, че Вселената ни

не е единствената Вселена,

а вместо това е

част от огромен комплекс от вселени,

който наричаме мулти-вселена.

Идеята за мулти-вселена е странна.

Искам да кажа, че повечето от нас вярваха,

че думата "Вселена" значи всичко.

Казвам, че повечето от нас вярваха, на това

което четири годишната ми дъщеря ме чу да говоря за тези идеи.

Миналата година я държах

и ѝ казах: София,

обичам те повече от всичко във Вселената."

Тя се обърна към мен и каза: "Татко,

Вселената или мулти-вселената?"

(Смях)

Но не допускайки такова виждане,

е странно да си представим,

че други области, които са отделени от нашата,

повечето от тях с различни черти,

могат справедливо да бъдат наречени вселени.

И все пак,

въпреки че тази идея е със сигурност спекулативна,

целта ми е да ви убедя,

че има причина това да бъде взето насериозно

и може да бъде вярно.

Ще ви разкажа историята за мулти-вселената в три части.

В първата част

ще опиша тези резултати, които получиха Нобелова награда

и ще изясня неяснотите,

които бяха открити с тези резултати.

Във втората част

предлагам решение на неяснотите.

То е основано на подход, наречен Теория на струните

и ето къде ще стане въпрос

за идеята за мулти-вселената.

Накрая, в третата част,

ще опиша космична теория,

която се нарича инфлационна теория,

която ще сглоби историята.

Добре, първата част започва през 1929 г.,

когато великият астроном Едвин Хъбъл

откри, че далечните галактики

се отдалечават от нас,

като създават пространство,

което се разширява.

Това беше откритие.

Преди това хората мислеха,

че Вселената е статична.

Но дори тогава,

имаше нещо, за което всички знаеха:

разширяването трябва да се забави.

Това, подобно на Земната гравитация,

забавя издигането на ябълка, която е хвърлена нагоре,

гравитацията

на всяка от галактиките,

трябва да забавя

разширяването на пространството.

Сега отиваме бързо напред, до 90-те години,

когато тези два екипа от астрономи,

за които споменах в началото,

бяха въодушевени от това,

да измерят скоростта,

с която разширяването се забавя.

Те направиха това

чрез старателни наблюдения

на много отдалечени галактики,

което им позволи да начертаят

как скоростта на разширяването се изменя с времето.

Ето изненадата:

Те откриха, че разширяването не се забавя.

Откриха, че то се ускорява,

като става все по-бързо и по-бързо.

Това е като хвърляне на ябълка нагоре,

която върви нагоре все по-бързо.

Ако сте видели такава ябълка,

се питате защо.

Какво я кара да прави това?

Подобно на това, откритията на астрономите

със сигурност заслужават Нобелова награда,

но те повдигнаха същия въпрос.

Какво кара галактиките

да се отдалечават една от друга

с увеличаваща се скорост?

Най-достоверният отговор

идва от старата мисъл на Айнщайн.

Както виждате, свикнали сме, че гравитацията

е сила, която

привлича обектите.

Но в теорията на Айнщайн за гравитация,

в неговата обща теория на относителността,

гравитацията може и да отдалечава обектите.

Как? Според математиката на Айнщайн,

ако пространството е изпълнено

с невидима енергия,

някаква еднаква, невидима мъгла,

тогава гравитацията, която се генерира от тази мъгла

ще бъде отблъскваща,

ще отблъсква гравитацията,

което е точно това, което искаме, за да обясним наблюденията.

Поради отблъскващата гравитация

на невидимата енергия в пространството -

я наричаме тъмна енергия,

но я направих димно - бяла тук, за да можете да я видите -

нейната отблъскваща гравитация

причинява отблъскването на галактиките,

като принуждава разширяването да се ускорява,

а не да се забавя.

Това обяснение

е голям напредък.

Но аз ви обещах загадка

в първата част.

Ето я и нея.

Когато астрономите откриха

каква част от тази тъмна енергия

прониква в пространството,

за да отчетат космическото ускорение,

погледнете какво откриха те.

Това число е малко.

Изразено в относителни мерни единици,

това е изключително малко.

Загадката е да се обясни това число.

Искаме това число

да се реши от законите на физиката,

но никой досега не е открил начин да направи това.

Сигурно се чудите,

дали да се тревожите за това.

Може би обяснението за това число

е просто технически въпрос,

което е от интерес за експертите,

а не за някой друг.

Със сигурност това е технически детайл,

но някои детайли наистина са много важни.

Някои детайли осигуряват

прозорци към неизследвани области от реалността

и това число прави точно това,

като единственият подход, който е измислен, за да го обясни

е чрез приемане на възможността за съществуване на други вселени -

идея, която възниква от Теория на струните,

с което отиваме към втората част: Теория на струните.

Така че, задръжте в съзнанието си

загадката за тъмната енергия

и сега ще ви разкажа

три ключови неща за Теория на струните.

Първо, какво представлява тя?

Това е подход да се осъществи мечтата на Айнщайн

за еднаквата теория на физиката,

една схема,

която може да опише

всички сили във Вселената.

Основната идея на Теория на струните

е проста.

Тя гласи, че ако изследвате прецизно

част от материята,

първо откривате молекули

и след това откривате атоми и субатомни частици.

Но теорията гласи, че ако изследвате още по-надълбоко,

много по-надълбоко, отколкото можем със съществуващата технология,

ще откриете нещо друго в тези частици -

малки вибриращи влакънца енергия,

малка вибрираща струна.

Точно като струните на цигулка,

те могат да вибрират в различни модели,

произвеждайки различни музикални ноти.

Когато вибрират в различни модели,

тези малки фундаментални струни

произвеждат различни частици -

електрони, кварки, неутрони, фотони,

всички други частици

ще бъдат обединени в схема,

защото произхождат от вибриращи струни.

Това е приковаваща вниманието картина,

вид космическа симфония,

където богатството,

което виждаме в света около нас,

произлиза от музиката,

която могат да изсвирят тези малки струни.

Но има цена

за това елегантно единство,

защото дългогодишни изследвания

показаха, че математиката на струнна теория не работи.

Тя има вътрешни несъвършенства,

освен ако не позволим

нещо непознато -

допълнителни размери на пространството.

Всички знаем за обикновените три измерения на пространството.

Можете да мислите за тях,

като височина, ширина и дълбочина.

Но Теория на струните казва, че при много малки размери,

съществуват допълнителни измерения,

нагънати до малък размер, толкова малък,

че не можем да ги открием.

Но въпреки, че измеренията са скрити,

те оказват влияние върху нещата, които можем да видим,

защото формата на допълнителните измерения

ограничава вибрациите на струните.

В Теория на струните

вибрацията определя всичко.

Масата на частици, големината на силите

и най-важното, количеството тъмна енергия

са определени

от формата на допълнителните измерения.

Ако знаехме, каква е формата на допълнителните измерения,

щяхме да можем да изчислим тези свойства,

да изчислим потока от тъмна енергия.

Предизвикателството е,

че не знаем

каква е формата на допълнителните измерения.

Всичко, което имаме е

списък от предложения на форми,

изчислени по математичен начин.

Когато тези идеи бяха разработени за пръв път,

имаше само пет предложения за форми,

така че, можете да си представите,

като ги анализирате една по една,

да определите дали сте определили правилно

физическите свойства, които виждаме.

Но с течение на времето, списъкът се увеличи,

защото изследователите откриха други възможни форми.

От пет, броят им се увеличи на стотици и хиляди -

голяма, но все пак управляема колекция за анализ,

защото, преди всичко,

завършилите студенти трябва да имат работа.

Но списъкът продължаваше да се увеличава

и достигна милиони, милиарди предложения за форми.

Днес той

се разрасна до 10 на 500на степен предложеиня за форми.

Какво да правим?

Някои изследователи изгубиха търпение

и направиха заключение, че има толкова много възможности за форми на допълнителните измерения,

като всяко има различни физически свойства,

че струнната теория никога няма да направи

точни, можещи да бъдат изпитани, прогнози.

Но други продължиха да изследват,

като ни представиха възможността за мулти-вселена.

Ето я и идеята.

Може би всяка от тези форми е на еднакво разстояние от всяка друга.

Всяка от тях е толкова реална, като всяка друга,

в смисъл,

че има много вселени,

всяка от които е с различна форма за допълнителните измерения.

Това радикално предложение

има голямо значение за тази загадка:

количеството тъмна енергия, което е открито от физиците, които спечелиха Нобелова награда.

Защото, както виждате,

ако има други вселени

и ако всяка от тези вселени

има различна форма за допълнителни измерения,

физическите свойства на всяка вселена ще бъдат различни,

по-точно,

количеството тъмна енергия във всяка вселена

ще бъде различно.

Което значи, че загадката

за обясняването на количеството тъмна енергия, което измерваме,

ще приеме напълно различен характер.

В този контекст,

законите на физиката не могат да обяснят количеството на тъмната енергия,

защото това не е само едно количество,

а много количества.

Което означава,

че сме задавали грешен въпрос.

Правилният въпрос, който трябва да бъде зададен,

е защо ние, хората, се намираме във Вселена,

в която има точно определено количество тъмна енергия, която сме измерили,

а не която и да е друга от възможностите,

които съществуват?

Това е въпрос, на който трябва да намерим отговор.

Защото тези вселени,

които имат повече тъмна енергия от нашата,

за материята, която се опитва да проникне в галактиките,

отблъскването от тъмната енергия е толкова силно,

че отблъсква проникването

и не се образуват галактики.

Тези галактики, в които има по-малко тъмна енергия,

се свиват в себе си толкова бързо,

че не се образуват галактики.

Без галактики няма звезди, планети

и няма възможност

нашата форма на живот

да съществува в тези други вселени.

Намираме се във Вселена

с точно определено количество тъмна енергия, което сме измерили,

просто защото Вселената ни има условия,

които са благоприятни за нашата форма на живот.

Това е.

Загадката е решена,

мулти-вселената е открита.

Някои учени намират това обяснение за незадоволително.

Свикнали сме физиката

да ни дава точни дефиниции за свойствата, които виждаме.

Но същността е,

ако свойството, което виждате,

може и приема

множество различни стойности

в реалността,

тогава едно обяснение

за определена стойност

е просто недостатъчно.

Един по-ранен пример за това е

когато Йохан Кеплер

е бил обсебен идеята да разбере

едно друго число -

защо Слънцето се намира на 93 милиона мили от Земята.

Той десетилетия се е опитвал да обясни този въпрос,

но не е успял и знаем защо.

Кеплер е задавал

грешен въпрос.

Сега знаем, че съществуват много планети,

на различни разстояния от техните звезди - домакини.

Надяваме се, че законите на физиката

ще обяснят един въпрос, 93 милиона мили,

това е просто с главата надолу.

Вместо да зададе правилния въпрос,

защо ние, хората, се намираме на планета,

на точно това разстояние,

вместо някоя от другите възможности.

Отново, това е въпрос, на който можем да отговорим.

Тези планети, които са много по-близо до звезда като Слънцето,

ще са толкова горещи,

че нашата форма на живот няма да съществува.

Тези планети, които са много отдалечени от звездата,

са толкова студени,

че отново, нашата форма на живот няма да съществува.

Намираме се на планета,

на това определено разстояние,

просто защото тя има условия,

които са подходящи за нашата форма на живот.

Когато става дума за планети и техните разстояния,

това е правилният начин на мислене.

Същността е,

че когато става дума за вселени и за тъмната енергия, която те съдържат,

това също е правилният начин на мислене.

Една ключова разлика, разбира се,

е че знаем, че има други планети,

но те са толкова далече, че мога само да размишлявам за възможността,

че може да има други вселени.

За да обхванем всичко,

ни е нужен механизъм,

който действително може да създава други вселени.

Отиваме в последната част, част трета.

Тъй като такъв механизъм е открит

от космолозите, които се опитват да разберат Големия взрив.

Когато говорим за Големия взрив,

трябва да си представим

вид космическа експлозия,

която е създала Вселената ни

и да установим пространство, което отива напред.

Но има малка тайна.

Големият взрив остави нещо много важно,

взрива.

Това ни казва, как Вселената се е изменила след взрива,

но не дава отговор на въпроса,

какво е причинило взрива.

Този въпрос е решен

от подобрената версия на теорията за Големия взрив.

Нарича се инфлационна космология,

която идентифицира даден вид гориво,

което произвежда

пространство, отиващо напред.

Горивото се основава на нещо, което се нарича квантово поле,

но единствената подробност, която е от значение за нас,

е, че това гориво е толкова ефикасно,

че е невъзможно

да бъде използвано цялото,

което в инфлационната теория означава,

че Големия взрив, който създаде Вселената ни,

не е еднократно събитие.

Вместо това, горивото не само създаде Големия взрив,

но също и безброй други Големи взривове,

всеки от които създава отделна вселена,

като Вселената ни е само мехур

в гигантската баня от мехури на вселени.

Сега, когато разбрахме струнната теория,

ето картината, до която дойдохме.

Всяка от тези галактики има допълнителни измерения.

Допълнителните измерения имат различни форми.

Различните форми създават различни физически свойства.

Намираме се в една Вселена, вместо в друга,

просто защото само в нашата Вселена,

физическите свойства, като количество на тъмна енергия,

са подходящи за нашата форма на живот.

Това е предизвикателната, но много противоречива картина

на космическото пространство,

която последните наблюдения и теорията

са ни оставили да обмислим.

Голям въпрос, който остава да решим, разбира се, е,

дали ще можем да потвърдим

съществуването на други вселени.

Нека опиша

начин, по който това може да се случи.

Инфлационната теория

е извършила много наблюдения.

Тъй като теорията предсказва,

че Големия взрив е бил толкова силен,

че пространството се е разширило бързо,

малките треперещи квантови частици от микро света

са се разпространили в макро света,

като са се получили ясни отпечатъци,

модел на малко по-топли места и малко по-студени места

в пространството,

което се наблюдава с мощни телескопи.

Още повече, ако има други вселени,

теорията прогнозира, че често

тези вселени могат да се сблъскат.

Ако Вселената ни бъде ударена от друга,

това сблъскване

ще създаде допълнителен чувствителен модел

на изменение на температурата в пространството,

което можем да открием

някога.

Колкото и да е екзотична тази картина,

един ден чрез изследвания

може да бъде обосновано

установяването на съществуване на други вселени.

Ще направя заключение

с удивително приложение

на всички тези идеи

за много далечно бъдеще.

Научихме,

че Вселената ни не е статична,

че пространството се разширява,

че разширяването се ускорява

и че може да има други вселени,

чрез внимателно изследване на

малки частици от звездна светлина,

които идват от далечни галактики.

Но тъй като разширяването се ускорява,

в много далечно бъдеще

тези галактики ще се отдалечават толкова далече и толкова бързо,

че няма да можем да ги видим -

не поради технологични ограничения,

а поради законите на физиката.

Светлината, която излъчват тези галактики,

въпреки че го правят с най-високата възможна скорост, скоростта на светлината,

няма да могат да преминат

все по-разширяващото се пространство между нас.

В далечно бъдеще, астрономите,

които гледат в космоса,

няма да видят нищо друго, освен безкрайно разширяване

на статично, мастилено-черно пространство.

Те ще направят заключението,

че Вселената е статична и неизменяща се

и е населена с единичен, централен оазис от материя,

която те населяват -

картина на космоса,

за която със сигурност знаем, че е невярна.

Може би тези астрономи от бъдещето ще имат записи,

които са им предадени от по-ранна епоха,

като нашата,

които удостоверяват съществуването на разширяващ се космос,

който е пълен с галактики.

Но тези бъдещи астрономи

ще повярват ли на древното знание?

Или ще повярват

в тъмната, статична празна Вселена,

която се разкрива от наблюденията им.

Подозирам, че ще бъде последното.

Което означава, че живеем

в забележителна привилегирована епоха,

когато някои дълбоки истини за космоса

все още могат да бъдат наблюдавани

от учените.

Изглежда, че няма винаги да бъде така.

Защото днешните астрономи,

обръщайки мощни телескопи към небето,

са видели много фотони -

вид космическа телеграма,

която се придвижва милиарди години

и съобщението, предадено през вековете, е ясно.

Понякога природата пази своите тайни

с неумолимата хватка

на физически закон.

Понякога истинската същност на реалността кимва

зад хоризонта.

Благодаря ви много.

(Аплодисменти)

Крис Андерсън: Брайън, благодаря Ви.

Обхватът от идеи, за които току-що говорихте,

са зашеметяващи и невероятни.

Как мислите,

за това, където сега се намира космологията,

като историческа страна?

Според Вас, намираме ли се в средата на нещо исторически необикновено?

БГ: Трудно е да се каже.

Когато учим, че астрономите от далечното бъдеще

няма да имат достатъчно информация да открият нещата,

естественият въпрос е, че може би вече сме в това положение

и някои дълбоки, критични свойства на Вселената

вече са избягали от способността ни да ги разберем,

поради това как космосът се изменя.

От моя гледна точка,

може би винаги ще си задаваме въпроси

и никога няма да можем да им отговорим напълно.

От друга страна, сега можем да разберем

колко годишна е Вселената.

Можем да разберем

как да разбираме данните от микровълновата радиация,

която е възникнала преди 13,72 милиарда години -

и все пак, днес можем да правим изчисления, за да предскажем как тя ще изглежда

и те са верни.

Това е просто удивително.

От друга страна, е невероятно, това, което знаем,

но кой знае какво ще открием в бъдеще.

КА: Ще бъдете тук през следващите няколко дни.

Може би, някои от тези разговори ще продължат.

Благодаря Ви. Благодаря Ви, Браян. (БВ: За мен беше удоволствие)

(Аплодисменти)