Откуда всё взялось? Верить науке, или.. религии?

Как появилась Вселенная? Откуда всё взялось? Верить науке или религии? Эти вопросы хотя бы раз задавал себе каждый. Люди не могли объяснить происходящее вокруг и создали множество верований, которые до сих пор существуют. В центре каждой религии — один или несколько богов: Аллах, Яхве, Ахурамазда, Святая Троица, Вишну или Один.

Давайте на секунду отложим скептицизм и задумаемся: возможно, религиозные мифы не так уж фантастичны, если их связать с наукой. Как связаны религиозные догмы и квантовая механика? Кто или что поддерживает равновесие Вселенной?

Один из основных принципов квантовой механики — корпускулярно-волновой дуализм. Это двойственная природа микроскопических объектов. Например, фотоны света ведут себя странно: пока за ними никто не наблюдает, они могут быть и волной, и частицей. Но стоит появиться наблюдателю, как фотон выбирает одно из этих свойств. То же самое с запутанными электронами: если один из них получает положительный заряд, второй мгновенно становится отрицательным, независимо от расстояния. Классическая физика не может объяснить это явление, поэтому оно используется только в квантовой механике.

Теперь применим эту мысль к нашей Вселенной. Ничто не может существовать без наблюдателя. Никакое свойство предмета или явления нельзя измерить без того, кто это делает. Может быть, мы существуем только потому, что за нами кто-то наблюдает? Возможно, это и есть Бог.

Многие религии утверждают, что мир возник из хаоса. Современные исследования подтверждают это. Но теперь мы знаем больше деталей, о которых древние не могли и мечтать. Хаос — это огромное количество квантовых частиц в суперпозиции. Это значит, что их свойства не определены, пока за ними не наблюдают. Когда появился Бог или наблюдатель, мир стал упорядоченным, потому что каждая частица обрела свои свойства.

Из этого можно сделать вывод: если наш мир таков, то где-то есть другой мир с противоположными или схожими свойствами частиц. 

Когда вы читаете этот текст, в другой Вселенной вы можете спать, взбираться на гору или вовсе оказаться не вами, а, например, старушкой лет восьмидесяти. С точки зрения квантовой физики это вполне логично, ведь частицы до появления наблюдателя могут вести себя как угодно, проявляя все возможные свойства.

Вспомним легендарного кота Шрёдингера, которого придумал австрийский физик Эрвин Шрёдингер. Он предложил мысленный эксперимент: пока коробка закрыта, мы не знаем, жив ли кот внутри или уже мёртв. Это звучит абсурдно, но вся квантовая физика полна подобных парадоксов.

Теперь вернёмся к наблюдателю. Учёные из Принстонского университета и их коллеги из Чикаго предположили, что наблюдатель может находиться в чёрной дыре. Это неожиданно, не правда ли? Чёрная дыра поглощает всё, включая информацию, но ничего не выпускает наружу. Если наблюдатель находится за горизонтом событий, он постоянно подвергается потоку частиц и оценивает их, поддерживая существование нашей Вселенной.

Однако есть один неприятный нюанс. Стивен Хокинг, знаменитый физик, недавно ушедший из жизни, успел сделать важное открытие. Он доказал, что чёрные дыры не только поглощают, но и излучают частицы. В 1975 году Хокинг опроверг фразу «чёрная дыра не имеет волос», которая объясняла идентичность всех чёрных дыр и их отсутствие излучения. Он выяснил, что вблизи горизонта событий происходят квантовые эффекты, вызывающие постепенное испарение информации из чёрных дыр. Эти частицы называются мягкими фотонами или «волосами», что намекает на неточность ранее придуманной фразы. Проблема в том, что эти фотоны имеют почти нулевую энергию, и современные приборы не могут их обнаружить. Если бы их нашли, попытки извлечь информацию из таких фотонов были бы напрасными. Бесполезно выяснять, что именно сгорело в костре, внимательно глядя на дым. 

Если чёрные дыры испаряются, значит, рано или поздно они исчезнут, а вместе с ними и наблюдатели. Какой тогда станет наша вселенная и будет ли она существовать в принципе? Что будет, когда частицы из чёрной дыры, находясь в суперпозиции, перейдут в нашу реальность, где обретут вполне конкретные свойства? Не изменит ли это привычную вселенную, если расстояния для фотонов не имеют никакого значения? 

Это было подтверждено рядом экспериментов. Выходит, что запутанные частицы из чёрной дыры могут находиться где угодно. Если свойства одной частицы изменятся, то и другой — они связаны невидимой связью. Это серьёзная угроза нашей стабильности.

Общеизвестно, что внутри Млечного Пути есть сверхмассивная чёрная дыра — Стрелец А. Она, как и другие чёрные дыры, постепенно испаряется. По приблизительным подсчётам, объект исчезнет примерно через 10^100 лет. Но знаем ли мы всё о чёрных дырах, чтобы делать такие выводы?

В 2022 году астрофизики обнаружили блуждающую чёрную дыру, которая сейчас путешествует по Млечному Пути. Вероятно, её выбросило из родной галактики. Может быть, наблюдатель в ней решил отправиться в путешествие? :)

Дефицит знаний о чёрных дырах может привести к другим проблемам. Например, мы не знаем точно, как быстро они испаряются. Может быть, некоторые черные дыры испаряются относительно быстро? Что случится, если большинство чёрных дыр исчезнет? Кто будет наблюдать за Вселенной, чтобы поддерживать равновесие частиц?

Согласно законам квантовой физики, когда наблюдатель разорвёт связь с частицей, объект вернётся в состояние суперпозиции. Что тогда произойдёт с нашим миром? Он превратится в хаос или станет вселенной с другими физическими свойствами?

Некоторые учёные не согласны с таким подходом. Например, Роджер Пенроуз из Оксфорда считает, что наблюдатели не нужны. Частица под действием гравитации наблюдает сама за собой и принимает одну из форм. Но эта теория противоречит результатам научных исследований. Физики шутят, что во время эксперимента по проверке суперпозиции лучше не дышать, потому что частицу помещают в вакуум.

Пенроуз утверждает, что частица может всё сама. Так повлияет ли исчезновение чёрных дыр на нашу Вселенную? Нужен ли нам наблюдатель?

Есть ещё одна теория. Не только чёрные дыры могут быть наблюдателями. Любой горизонт событий, позволяющий информации двигаться в одном направлении, тоже может выполнять эту роль.

Представьте, что вы движетесь в пространстве с постоянным ускорением. Вскоре вы достигнете момента, когда фотон света не сможет вас догнать. Если обернуться назад, вы увидите воображаемую границу. Это называется горизонт Риндлера. Для нас такой границей является край наблюдаемой Вселенной. Время, необходимое фотону, чтобы достичь края видимого мира, равно возрасту Вселенной.

За горизонтом событий скрывается информация, которая никогда не станет нам доступна. Это можно сравнить с глобальной чёрной дырой. Учёные до сих пор не до конца понимают её природу. Но такие новости дают нам некоторое утешение: даже если все чёрные дыры испарятся, за нами будет наблюдать нечто, находящееся за краем Вселенной. Это значит, что мир останется прежним, а не погрузится в хаос. Правда, это верно только в том случае, если наши предположения верны.

Непонятно, как именно происходит изменение частиц после появления наблюдателя. Помните известное высказывание Эйнштейна: «Бог не играет в кости»? Оказалось, что играет. Поэтому мы не можем интерпретировать противоречивые данные, пытаясь сложить их в единую картину. Не хватает пазлов.

Учёные предположили, что частицы могут спонтанно преобразовываться без участия наблюдателя. Это происходит очень быстро. Они переходят из квантового мира в нашу реальность и становятся чем-то: Землёй, Марсом, кольцами Сатурна или тапочками на ваших ногах. Однако остаётся много вопросов. Во время экспериментов попытки многократно измерить частицу в суперпозиции дают разные результаты.

Хью Эверет утверждал, что суперпозиции не существует. Это иллюзия. Наблюдатель взаимодействует с квантовой волной, и Вселенная разделяется на несколько ветвей. Эверет верил в бесконечное количество параллельных миров, где квантовые частицы приобретают альтернативные свойства.

Это плохие новости. Мы не разобрались даже со своей Вселенной, поэтому предсказать, что произойдёт, если наблюдатель моргнёт или отвлечётся, невозможно. Возможно, наша реальность сменится другой. Но она, скорее всего, будет похожей. Из-за энтропии из 100 случайных миров около 98 будут копиями нашего, но с небольшими различиями. Например, в другой вселенной исчезнут пчёлы, Марс зацветёт, капибары научатся летать или Сатурн лишится колец.

Однако нас могут ждать неприятные сюрпризы. Возможно, в результате смешивания частиц появится абсолютно тёмная Вселенная на этапе тепловой смерти. Или мир превратится в нечто невообразимое. Чёрные дыры будут не поглощать, а излучать материю со скоростью света. Время пойдёт назад, а пространство примет иные формы.

Радует одно: в таких вселенных нас разорвёт на атомы гораздо раньше, чем мы поймём смысл происходящего.

О чём вы думаете, глядя на ночное звёздное небо? О счетах за электричество или планах на отпуск? Или о том, сколько неизведанных миров скрывается за пеленой туманностей и мириадами звёзд? Некоторые из них не похожи на Землю, другие — почти её копии.

Печально, но вряд ли при нашей жизни мы посетим хотя бы один из них. Но, к счастью, глазами человечества стали новейшие телескопы, благодаря чему люди могут составить хотя бы примерное представление о таинственных далёких планетах, кружащихся в сотнях, а то и в тысячах световых лет от нас. 

Научное сообщество считает, что Вселенная не существовала вечно. Но что было до неё? Чем было то самое «ничто»? Физик Алан Гуд в 1970-х задумался: «А как насчёт магнитных монополии?» Эти магнитные монопо́ли напоминали электрические заряды: существовали положительные и отрицательные. Но у них не было ни севера, ни юга — они были односторонними.

Гуд задумался: если Вселенная расширяется и остывает, должна быть сила, сочетающая электрическую и магнитную. Электрические заряды во Вселенной есть, но магнитных монополей нет. Если бы они существовали, учёные уже бы их обнаружили. Тогда Гуд предположил, что Вселенная могла стремительно расширяться, а количество монополий уменьшалось. Это теория инфляции Вселенной. Она объясняет однородность Вселенной: плотность должна была быть неравномерной, но области с разной плотностью переходили в стадию инфляции, и плотность выравнивалась.

Благодаря инфляции возникли первые звёзды, галактики и другие объекты. Как началось зарождение Вселенной? В 1973 году студент Эдвард Райан на лекции по космологии сказал: «Вселенная может быть флуктуацией вакуума». Несмотря на выраженный скептицизм в его сторону, через несколько месяцев он опубликовал статью, где рассмотрел: сколько энергии хранит Вселенная, как меняется энергия вакуума со временем и как это противоречит закону сохранения энергии.

Райан пришёл к выводу: если суммировать всю энергию, результат будет нулевым, учитывая, что гравитационная энергия отрицательна. Опираясь на принцип неопределённости Гейзенберга, он заключил: если энергия колебания нулевая, колебания могут происходить бесконечно. 

Вселенную можно назвать огромной квантовой флуктуацией. Это порождает множество вопросов: как возникли квантовые поля, что было до появления всего сущего, как зародилась Вселенная? На эти вопросы пока нет однозначных ответов. Однако учёные уже могут описать, как развивалась Вселенная на ранних этапах. Например, известно, что больше всего звёздных тел она создала 9 миллиардов лет назад. С течением времени космос утрачивает способность к образованию светил. В будущем их останется лишь 5% от нынешнего количества. Существующие звёзды не бессмертны: некоторые типы живут десятки миллиардов лет, но время неумолимо. Когда-то Вселенная будет состоять только из красных карликов, а затем наступит темнота, и жизнь исчезнет.

Можно ли предотвратить этот сценарий? Удивительно, но есть надежда. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, когда температура звёзд снижается, протоны и электроны сближаются. При этом скорость электронов растёт, и они оказываются очень близко друг к другу. Это приводит к возникновению силы, которая не даёт электронам столкнуться в одной точке — давления электронного вырождения. Электроны вынуждены сжиматься, увеличивая свою плотность. Этот процесс, по идее, должен быть бесконечным. Однако вопрос о стабильности материи остаётся открытым. Мы считаем протоны неделимыми частицами, но есть гипотеза, что они могут распадаться под действием неизвестных сил. В таком случае материя исчезнет, оставив после себя лишь чёрные дыры.

Флуктуация энергии вакуума делает чёрные дыры временными. На это обратил внимание Стивен Хокинг. Чёрные дыры испаряются очень медленно, но однажды во Вселенной их не останется. В XX веке физики мечтали о теории всего, которая объединила бы теорию гравитации Эйнштейна и квантовую физику. Хотя это было невозможно, идея была популярна. Предполагалось, что такая теория могла бы объяснить многие явления и стать прорывом в науке. Версия о том, что все частицы — это проявления одной главной частицы, не подтвердилась.

Удивительно, но даже Альберт Эйнштейн до конца жизни пытался создать теорию всего. Он разработал теорию относительности, которая стала самым точным описанием гравитации и объяснила многие явления. Если бы кто-то создал теорию всего, мы узнали бы, была ли Вселенная бесконечной на ранних этапах, бесконечны ли чёрные дыры и что произойдёт, если она умрёт. Мы также могли бы понять, существовали ли другие вселенные до нашей. Это вопросы, на которые пока нет ответов. Но кто знает, может быть, однажды мы сможем приподнять завесу тайны.

А что, если наша Вселенная — всего лишь случайность? Мы надеемся найти ответ на этот вопрос. Посмотрите в окно: есть ли на небе луна? Если она больше обычного, у нас плохие новости. В 2003 году вышел фильм «Брюс Всемогущий», где главный герой на секунду представлял себя богом, способным приблизить Луну к Земле. Даже в фильме это вызвало катаклизмы. Что же произойдёт, если Луна действительно приблизится к Земле втрое или врежется в неё? Давайте разберёмся. Луна — естественный спутник Земли, который находится на расстоянии 384 467 км от нас. Если расстояние сократится на 20 000 км, это серьёзно повлияет на нашу жизнь.

Начнём с того, что Луна влияет на Землю. Из школьного курса мы знаем, что благодаря ей у нас происходят приливы и отливы. Если Луна приблизится, приливы станут выше, а отливы — ниже. Например, если расстояние до спутника сократится вдвое, высота приливов возрастёт в восемь раз. Это означает, что многие прибрежные зоны будут затоплены, что сделает их непригодными для жизни.

Под угрозой окажутся не только Мальдивы и острова Океании, но и Нидерланды, большая часть Лондона, Джакарта, Дакка, Бангкок, Венеция, Хьюстон, Лагос, Александрия, многие регионы Китая, Вьетнама, Индии и других стран, а также Гавана и Дубай. Миллиарды людей могут остаться без жилья и средств к существованию.

Однако есть и положительная сторона: из-за изменений в морской экосистеме у берегов появится больше океанических обитателей. Но радость от этого будет недолгой.

Луна воздействует не только на воду, но и на сушу. Если спутник приблизится, это вызовет цепочку землетрясений и извержений вулканов. Если бы Луна приблизилась внезапно, это было бы похоже на удар гигантского молотка по впечатляющему гонгу. Энергетические волны от увеличенной гравитации Луны размешивали бы недра Земли, вызывая трещины и извержения магмы. Это привело бы к хаосу и отчаянию среди выживших.

Наша планета стала бы похожей на спутник Юпитера Ио, что сделало бы её непригодной для жизни. Но это ещё не всё. С каждой тысячей километров приближения Луны скорость вращения Земли замедлялась бы. Это привело бы к накоплению воды на полюсах и образованию южных арктических водоёмов, а на экваторе возник бы огромный континент, напоминающий Пангею. Из-за различий в скорости замедления слоёв Земли землетрясения и извержения вулканов стали бы ещё чаще.

К сожалению, нет. Если бы Земля начала замедляться, её магнитное поле ослабло бы, что сделало бы нас беззащитными перед солнечной радиацией. В таких условиях на Земле мог бы произойти глобальный экологический кризис, подобный Чернобыльской катастрофе.

Кроме того, если Луна продолжит приближаться к Земле, привычные сутки могут стать значительно длиннее. Длительность дня и ночи может достигать полугода. Представьте, что полгода на Земле царит невыносимая жара, а следующие полгода — лютый холод. Хотели бы вы жить на такой планете?

Однако, если изменения происходили бы постепенно, они могли бы привести к эволюционным изменениям в животном мире. Хищники научились бы лучше охотиться в ночное время, а их жертвы — прятаться. Люди, вероятно, были бы вынуждены уйти под землю. Роман Глуховского «Метро 2033» мог бы стать ценным руководством по выживанию.

Но это ещё не всё. Приближение Луны может привести к солнечным затмениям, которые будут происходить гораздо чаще. Если бы такое явление произошло несколько веков назад, оно могло бы вызвать настоящий ажиотаж среди астрономов и жрецов. Однако, как и в древности, солнечные затмения часто ассоциируются с бедой.

Ещё одно последствие — изменение наклона земной оси. Это приведёт к изменению климата, так как угол наклона влияет на количество солнечного света, достигающего поверхности Земли. Если бы угол наклона был 90 градусов, одно полушарие Земли могло бы испепеляться солнечными лучами, а другое — замерзать в вечной тьме. Однако, если бы на Земле появились разумные формы жизни, они могли бы развить навыки гибернации и миграции.

Но вернёмся к Луне. Её приближение вызывает опасения о возможном столкновении и взрыве, который мог бы уничтожить всё живое. Однако Луна — это огромное небесное тело, и её столкновение с Землёй привело бы к разрушению половины планеты. Но есть и хорошая новость: у каждого небесного тела есть предел Роша — расстояние, на котором оно разрушается под действием гравитации планеты. Для Земли этот предел составляет 18 470 км. Если Луна приблизится к этому рубежу, она начнёт разрушаться, а не сталкиваться с Землёй.

Таким образом, полноценного столкновения не произойдёт, но фрагменты Луны будут падать на Землю в виде метеоритного дождя, разрушая инфраструктуру и убивая людей.

Землетрясения, извержения вулканов, огромные цунами — всё это может стать нашей реальностью. Многие города окажутся под водой или будут уничтожены гигантскими волнами. Экономика рухнет. В космосе будут уничтожены все искусственные спутники, включая Международную космическую станцию. Обломки Луны сметут всё это, как мусор. Интернет, геолокация, аэропорты — всё это исчезнет навсегда. Со временем Земля, изрытая кратерами, станет разрушенным спутником, как Луна.

В таких условиях люди будут отчаянно пытаться покинуть погибающую планету. Но куда бежать? Возможно, к тому времени, когда Луна приблизится к Земле, на Марсе или другой экзопланете не будет действующей колонии. А если и будет, то большинство людей туда не попадёт. Но такой мрачный сценарий маловероятен. Астрономы внимательно следят за Луной, зная, что в ближайшие миллионы лет она останется на своей орбите.

Конечно, космос полон неожиданностей. Что может заставить Луну приблизиться к Земле? По мнению физика Нейла Коминса, это может быть пролёт астероида рядом со спутником. Это может подтолкнуть Луну к Земле. Приближение будет медленным, но готовиться к последствиям нужно уже сейчас. А вы готовы? Напишите в комментариях, что будете делать, узнав о таком исходе.

..Вы когда-нибудь задумывались, как звучит Вселенная? Многие скажут: «В космосе нет звука, мы не услышим даже собственный крик». Это цитата из фильма «Чужой». Но на самом деле звук — это вибрация, которая волной пронизывает пространство. Звуковые волны могут распространяться в определённой среде, например, в межпланетной плазме. От Солнца к Земле движутся плазменные волны со скоростью от 200 до 750 км/с. Их частота — от 20 Гц до 20 кГц, что может услышать человеческое ухо. Но до поверхности Земли доходит слишком мало волн, чтобы мы могли их услышать.

Однако не стоит расстраиваться. В атмосфере Земли плазменные волны становятся радиоволнами, и секреты Вселенной становятся доступными людям.Вселенная — удивительное место. Мы никогда не сможем раскрыть все её тайны, но хотя бы приоткроем завесу тайны. Это всегда приятно пытливому уму...