несколько вопросов о вселенной, ставящих в тупик

Сегодня я отправился выгуливать свою маленькую собачку на лужайку неподалеку от дома. В этот зимний день трава по-прежнему была зеленой, а небо было ярко-голубым и ясным. Я взглянул на Солнце и подумал, что картина этого чудесного, хотя и самого обыкновенного, дня стала возможна благодаря тому, что восемь минут назад электроны водорода прыгали с одной орбиты на другую, выпуская бесчисленные фотоны [ 1 ] 1. Фотоны – кванты электромагнитного излучения. (Прим. пер.) , которые преодолели 150 миллионов километров космического вакуума, пока не достигли атмосферы Земли. Многие из них столкнулись с многочисленными атомами азота и кислорода, что обусловило появление фотонов на голубой стороне спектра, тогда как другие достигли травы вокруг меня, производя фотоны, которые проходили сквозь хрусталик глаза, затем сквозь стекловидное тело и возбуждали клетки моей сетчатки. Оттуда нервные окончания глаза передавали эти импульсы миллионам зрительных клеток в затылочной доле головного мозга, загадочным образом создавая эту прекрасную, яркую картинку в моем мозгу, скрытом в полной темноте. И все это происходило в каждое последующее мгновение, тем самым создавая благодаря моей памяти неразрывность, целостность этого опыта.

Сколько фотонов покинули Солнце в те несколько минут, что я стоял на лужайке? Сколько из них достигли Земли, и сколько попали на траву, отразившись в моих глазах, в конце концов сформировав эту картину среди миллионов соединенных между собой нервных клеток в моем мозге? И сколько других клеток в моем мозге заняты артикуляцией этого зрительного опыта в мысли, выраженной посредством слов и предложений, которые вы сейчас читаете? Наконец, где все те миллионы клеток, интерпретирующие все это как опыт единой сущности – «Я»? Где был «Я», гуляющий по лугу тогда, и где «Я» сейчас? Как этот самый «Я» сохраняет целостность и непрерывность мыслей, перемещаясь в пространстве и времени вместе с моим телом, стоящим на лугу, который вращается вместе с Землей вокруг Солнца, в то время как все вместе мы и Млечный путь путешествуем по Вселенной? То самое «Я», которое задается вопросом о том, не существует ли какого-то еще «Я», которое понимает, как именно все это возможно.

1. Если Вселенная начала свое существование, расширившись из точки сингулярности, где должен был находиться наблюдатель, чтобы зафиксировать это расширение? Находился ли он снаружи или внутри расширяющейся Вселенной? Другими словами, если расширение действительно имело место, относительно чего или кого произошло это расширение?

2. Если наблюдатель находился внутри расширяющейся Вселенной, он/она/оно должен был тоже расшириться вместе с окружающим его/ее пространством. Так как бы наблюдатель заметил это расширение? Что за мерная шкала должна была быть у него на вооружении?

3. Наблюдатель-инсайдер возможен при еще одном сценарии: если предположить, что он/она/оно не меняется в размере в то время, как Вселенная вокруг стремительно расширяется. Такого рода наблюдатель никак не мог существовать с самого начала расширения, но должен был «появиться» в какой-то момент в пространстве и времени, обладая конечным размером (и снова вопрос: конечным относительно чего?) и оставаться неизменным, пока пространство вокруг продолжало расширяться. Однако такого рода наблюдатель должен был быть каким-то образом не затронут, исключен из расширяющегося пространства вокруг.

4. Если само пространство расширяется, что именно это значит? Значит ли это, что увеличивается размер пространственных единиц, или что число этих единиц растет? Часто приходится слышать, что при такой скорости расширения, звезды и галактики должны отдаляться друг от друга все дальше и дальше до тех пор, пока не наступит полная темнота. Эта гипотеза, кажется, исходит из того, что расширение каким-то образом коснулось лишь вакуумного пространства, окружающего зримую материю, тогда как сегменты пространства, наполненного материей, останутся неизменными. Если пространство расширяется, то почему бы не предположить, что пространство, заполненное всей материей, от кварков, электронов и протонов до планет, звезд и галактик, тоже расширяется?

5. Недавние реконструкции «Большого взрыва» во времени/пространстве исходят из того, что мы как наблюдатели находимся снаружи происходящего. Подобная реконструкция представляет собой двумерные пространственные круговые элементы с осью времени, символизирующей третье измерение. Серия последовательных окружностей напоминает хронофотографию Этьена-Жюля Маре, превращая все это событие в своего рода туннель или трубу. Начиная с первичного состояния низкой энтропии 13,8 миллиардов лет назад, через период короткого и быстрого расширения (инфляции) Вселенная до настоящего момента не прекращала увеличиваться в размерах. Эта модель полна нестыковок. Во-первых, эта картина – вид не изнутри, а снаружи, но она не показывает, что  представляет собой это «внешнее» место, в которое расширяется Вселенная, ничего не говорит нам о его свойствах. Где-то в этом «нигде» размещен вымышленный наблюдатель, который обладает некими пространственными и временными параметрами (размером и продолжительностью), а также определенным углом зрения. Но все это свойства, имманентные наблюдаемой Вселенной, свойства, находящиеся внутри нее.

6. Так стоит ли прикладывать нашу антропоморфную систему измерений времени (секунда) и пространства (метр) к событию, которое случилось тогда, когда не существовало не только человека, но и самой жизни? Может быть, это своего рода анахронизм? Можно ли вообще точно установить длительность этой «секунды» или размер этого «метра» на ранних этапах расширения Вселенной?

7. Кроме того, существует противоречие между «отдаленной» и «ранней» Вселенной. А точнее, сегодня ученые понимают это так: вся Вселенная расширяется во всех направлениях, и это расширение ускоряется с расстоянием. Однако, чем дальше в космос мы устремляем взгляд, тем моложе та Вселенная, которая открывается взору. Чем моложе наблюдаемая Вселенная, тем меньше она должна казаться. Как примирить картину расширяющейся Вселенной с пространственной дистанцией от «здесь» и съеживающуюся Вселенную с временной дистанцией от «сейчас»? Кажется, что-то не так с нашим пониманием красного смещения. [ 2 ] 2. Красное смещение – увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником (наблюдателем) увеличивается (см. эффект Доплера) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной. (Большой Энциклопедический словарь, прим. пер.)

8. Если размесить сферическое зеркало где-то недалеко от Солнечной системы, в нем отразится вся видимая Вселенная. Более близкие звезды и галактики окажутся ближе к поверхности зеркала, тогда как более далекие объекты будут смещены ближе к центру зеркала. Эта внешняя картина Вселенной такая же последовательная и непротиворечивая, как наше восприятие Вселенной изнутри.

9. Возможно, стоит представить себе Вселенную, которая началась с одной единственной единицы, а затем стала делиться на все более мелкие части, пока не приняла свой сегодняшний облик.

Фактически, можно рассмотреть две модели сходящейся в одной точке Вселенной. Одна сходится из центра по направлению к периферии, а другая – наоборот, от периферии к центру.

10. Является ли эффект Доплера единственным объяснением красного смещения? Что нам вообще известно о свойствах космоса и поведении фотонов на очень больших расстояниях? Может ли фотон из отдаленной галактики остаться неизменным, путешествуя в течение нескольких миллионов (миллиардов) лет?

Перевод: Ксения Кример