За мгновения до Большого взрыва наша Вселенная была горячей, плотной и чрезвычайно высокоэнергетичной. Все изменилось, когда 13,8 миллиарда лет назад Вселенная взорвалась. Быстрая инфляция разделила единую «супер» силу на четыре фундаментальные силы, которые мы знаем сегодня: гравитацию, электромагнитную силу, слабое ядерное взаимодействие (ответственное за радиоактивный распад) и сильное ядерное взаимодействие (удерживающее атомные ядра вместе). Были созданы элементарные частицы.
И, в конце концов, танец космических вспышек оставил шрамы в ткани пространства-времени. Физики называют их космическими струнами.
Подобно растяжкам на коже, которая слишком быстро растянулась, или трещинам в замерзающем льду, космические струны — это артефакты того, как выглядела Вселенная за мгновения до того, как она быстро перешла из высокоэнергетической среды в низкоэнергетическую, считают ученые. Толщина этих струн примерно равна толщине протона, они чрезвычайно плотные и имеют длину в световые годы.
Ученые считают, что космические струны пассивно плывут по Вселенной, занимаясь своими делами. Но активное их изучение может раскрыть тайны нашей ранней Вселенной и даже стать ключом к одной из форм путешествия во времени, полагают некоторые физики. Путешествие в прошлое с помощью реликтов ранней Вселенной может показаться псевдонаукой, но эта идея поддерживается теорией космических струн. По крайней мере, теоретически.
Кен Олум, доктор философии, профессор физики и астрономии Университета Тафтса, утверждает, что две бесконечные, параллельные космические струны, проходящие мимо друг друга, могут создать машину времени, искривляя пространство-время. В результате, если вы отправитесь в путешествие по этим струнам, то вернетесь в исходную точку в более раннее время, чем покинули ее. Но хотя математические выкладки, объясняющие такое путешествие во времени с помощью космических струн, подтверждаются, Олум говорит, что не стоит слишком радоваться. Помимо практических соображений по поводу машины времени, работающей на космических струнах, есть еще один небольшой вопрос: ученые еще никогда не наблюдали космические струны.
В 1991 году физик из Принстона Дж. Ричард Готт предложил самую популярную идею путешествия во времени с помощью космических струн. В своей модели Готт рассматривает, как две бесконечные, параллельные космические струны, проходящие мимо друг друга, подобно двум автомобилям, едущим по бесконечному двухполосному шоссе, могут искривить пространство-время и создать путь во времени, называемый замкнутой кривой, похожей на время. По сути, это петля во времени, которая возвращает путешественника во времени в исходную точку до того момента, когда он ее покинул.
Что особенно интригует в теории Готта, так это то, что подобная петля времени является общепринятым решением в теории общей относительности Эйнштейна. В двух словах, эти теории говорят нам о том, что массивные объекты могут искажать пространство-время, что допускает возможность того, что можно сократить путь во времени, сжимая пространство. Замкнутые кривые времени также объясняют, как теоретически работают червоточины. Математика, лежащая в основе теоретической космической струнной супермагистрали, обоснована, но это вовсе не означает, что мы приблизились к реализации этой модели путешествия во времени.
Во-первых, путешествия на околосветовых скоростях, необходимые для их осуществления, невероятно сложны (а может быть, даже невозможны). Согласно теории относительности Эйнштейна, чем быстрее движется объект, тем больше энергии ему требуется для продолжения ускорения. Проще говоря, пока не существует метода, способного произвести огромное количество энергии, необходимое для того, чтобы разогнать космический корабль до таких невероятных скоростей. Но это не единственная проблема, говорит Олум. Если предположить, что ученые будущего планируют построить машину времени, основываясь на этой идее, а не на манипуляциях с существующими космическими струнами, то бесконечная природа струн Готта не дает никаких шансов.
«Никто не может создать такую ситуацию, потому что никто не может создать что-то бесконечно длинное», — говорит он. «Так что эта идея бесполезна». Однако по сравнению с другими теоретическими способами путешествия во времени, такими как червоточины, Генри Тай, доктор философии, заслуженный профессор физики Корнельского университета, говорит, что он больше убежден в возможностях космических струн. Более того, Тай и его студентка исследовали собственную модель с использованием космических струн.
«Путешествия во времени маловероятны, но я бы не сказал, что невозможны», — объясняет Тай. «В научной фантастике, когда люди путешествуют быстрее скорости света, мне трудно с этим согласиться, но когда люди путешествуют назад во времени, я считаю, что это маловероятно, но еще не полностью исключено».
Но прежде чем мы начнем мечтать о машинах времени в реальной жизни, ученым нужно решить одну важную задачу: обнаружить космические струны. К счастью, их обнаружение может быть как никогда близко благодаря Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav) - совместной работе астрономов, которые обнаруживают низкочастотные гравитационные волны, измеряя сигналы, производимые звездой типа пульсара. Измеряя временные колебания в миллисекундных импульсах пульсаров, NANOGrav может обнаружить тонкие растяжения и сжатия пространства-времени.
До сих пор ученые наблюдали гравитационные волны с помощью таких экспериментов, как NANOGrav и LIGO, которые возникают из-за поведения черных дыр, но в 2020 году группа наблюдала сигнал, который расходился с этой схемой. «Он не очень похож на сигнал, который мы ожидаем от черных дыр, и это самое интригующее во всем этом», — говорит Олум. «Но сигнал выглядит совершенно нормально для космических суперструн».
В отличие от космических струн, оставшихся от ранней Вселенной, космические суперструны берут свое начало в теории струн, согласно которой Вселенная состоит из десяти (а иногда и более) измерений, но только четыре из них составляют пространство и время, как мы его знаем. Остальные измерения представляют собой некие невидимые строительные леса. В этой многомерной модели частицы заменяют очень маленькие объекты, называемые струнами. Эти струны резонируют, как струны гитары, на разных частотах, в соответствии с различными фундаментальными частицами.
Чтобы подтвердить, были ли эти сигналы действительно космическими струнами, ученым потребуется больше данных, которые, как мы надеемся, поступят от NANOGrav в ближайшие несколько лет, а в перспективе - от космического гравитационно-волнового телескопа под названием LISA, запуск которого запланирован на 2034 год. Даже если ученые определят, что эти сигналы не являются сигналами космических струн, Олум говорит, что это все равно будет важной информацией, которая поможет ограничить границы того, как сигналы космических струн могут выглядеть в будущем. А если новые данные подтвердят наличие космических струн, особенно космических суперструн, то, по словам Тая, это изменит все наши представления о физике.
«Появление космических суперструн подтвердит, что теория струн является фундаментальной теорией [физики], и концептуально и фундаментально изменит наши представления о физике», — говорит он. «Влияние было бы огромным». И если космические струны действительно однажды изменят физику, какой мы ее знаем, то такое повышенное внимание может стать для физиков правильным стимулом, чтобы устранить недостатки в теории путешествий во времени Готта.
Оценили 4 человека
6 кармы