Обсуждение Квантовая теория гравитации&теория струн.

Sunches Fulmineo

Ословед
Через суперструны к звёздам!

Суперструнная физика и голографическая вселенная
Гипердвигатель, машина времени, структура пространства-времени, материя, сознание, интеллект.
О чём это мы?
Возможны ли путешествия быстрее скорости света?
Сколько измерений у нашей вселенной?
Что такое пространство, время, материя?
Какая самая фундаментальная частичка материи?
Что происходит на самых больших и самых маленьких масштабах в нашем мире?
Альтернативная энергетика - фантастика или реальность? Что такое интеллект и возможны ли компьютеры, не уступающие ни в чём человеку?
Есть ли свобода воли или везде правит жёсткий детерминизм?
Что такое душа, сознание, Бог?
Какие будут следующие направления прорыва в науке, какие нас ждут открытия и потрясения, каким станет мир в ближайшем будущем, дотянемся ли мы до звёзд, познаем ли себя?

Если вы хорошо знакомы с современной физикой, можете пропустить этот раздел и переходить сразу к суперструнам.

(У вас ещё не сложилось впечатление, что и пространство, и время - это всего лишь иллюзия, почище чем знаменитая "Матрица"?)
Большой взрыв, начальная связность, регулярность вселенной, тёмная материя
Наша вселенная расширяется. Факт это общепризнанный и доказанный. Не исключено что в начале она была сверхплотным сгустком материи. Может быть вселенная будет бесконечно расширятся. А может опять схлопнется в сверхплотное состояние, сначала замедлив и остановив расширение под воздействием гравитации, а потом всё быстрее сжимаясь. Это зависит от кривизны вселенной (то есть от массы всей материи). Возможно, есть ещё неизвестные силы притягивания-отталкивания, которые проявляют себя на других этапах расширения вселенной и полностью меняют картину.
Физики знают четыре вида взаимодействий - гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Про первые три мы говорили, слабое же ответственно за некоторые виды распада. Гравитационное взаимодействие имеет только одну разновидность заряда, электромагнитное - два, сильные - несколько. Гравитационное и электромагнитное взаимодействие имеют по одной разновидности частицы-переносчика взаимодействий (гравитон и фотон), скорость которых максимальная и равна световой. Сильное и слабое - по несколько разновидностей переносчиков, которые имеют массу и соответственно досветовую скорость. Скажите, в самом деле, не слишком ли сложно для элементарных частиц? Такое ощущение, что каждая из таких элементарных частиц имеет в себе как минимум микросхему с программой поведения и набором параметров.

За исключением гравитона, все остальные частицы-переносчики физики умеют отлавливать. Поэтому современная физика точно не знает, есть ли гравитон на самом деле или он только удобен для решения уравнений.

Самое интересное, что три вида взаимодействия (кроме гравитационного) на самом деле являются подвидами единого взаимодействия, сильноэлектрослабого. Считают, что есть и более первичное взаимодействие, включающее в себя все четыре, вместе с гравитационным, но на практике это пока не доказано (не хватает мощностей).

Разные взаимодействия начинают вести себя как единое взаимодействие при высоких энергиях. Что и было в начале большого взрыва.

Наглядно (и очень грубо) это можно представить так - разные частицы - это шестерёнки с разной массой и разной конфигурацией зубцов. Когда они медленно крутятся, то зацепится друг за друга могут только похожие конфигурации. Но когда они все раскручены до больших скоростей, то любая шестерёнка успевает зацепить своими зубцами любую другую когда проходит близко.

С шестерёнками допустим понятно, но что за зубцы у элементарных частиц?
Квантовая физика
принцип неопределённости и корпускулярно-волновой дуализм,
размазанные частицы и коллапс волновой функции,
эффект Энштейна-Подольского-Розена и квантовая телепортация,
кипение вакуума и разрывы пространства.
Принцип неопределённости и корпускулярно-волновой дуализм

Элементарные частицы - это как бы точечные неделимые объекты. Но на самом деле, квантовая физика точно знает, что у любой частицы нет ни определённого положения, ни определённой скорости. Точнее оно есть, но задаётся с некоторой точностью. Потому, что чем точнее получается определить скорость, тем непонятней положение частицы, и наоборот, чем точнее определяется положение, тем непонятней скорость. Это физики называют принципом неопределённости или соотношением неопределённости Гейзенберга, которое и является началом квантовой физики. Ну а поскольку измерить одну частицу мы можем только взаимодействием с другой частицей, то получается, что любая частица на самом деле размазана по пространству, с некоторой вероятностью одновременно находится в разных его точках! Конечно, чем ближе к теоретическому положению частицы, тем эта вероятность выше, а чем дальше от "центра" частицы - тем вероятность меньше. Но тем не менее получается что любая частица с некоторой, пусть даже бесконечно малой, вероятностью присутствует сразу во всей вселенной! А на практике это проявляется так, что если есть стенка, и "центр" частицы за стенкой, то частица всё равно есть за другой стороной стенки с некоторой меньшей вероятностью. И чем ближе частица к стенке, тем вероятнее её обнаружить за стенкой. То есть, на микроскопических масштабах частицы свободно проходят сквозь стенки - вещь поразительная для нашего масштаба, но обычная в микромире. Особенно с учётом того, что любая стенка состоит из таких же "размазанных" частиц. И квантовая физика, и в расчётах, и на практике это блестяще подтверждает уже почти сто лет. В нашем масштабе, такие прохождения сквозь стенку не наблюдаются, потому что уж очень велики стенки по сравнению с размерами частиц, поэтому и вероятность "просачивания" стремится к нулю.

Эту вероятностную размазню физики назвали корпускулярно-волновым дуализмом. Когда любая частица может вести себя и как маленький шарик, и как волна на поверхности воды. Подтверждается это таким простым экспериментом, как прохождение электрона через набор щелей на экран. В итоге на экране получается набор интерференционных полос, а не суммарная яркость.

Хоть эта вероятностная размазня и великолепно поддаётся расчётам, квантовая физика всё же не даёт ответа о сути происходящего. Как же именно получается, что в каждой точке частица проявляется случайно!? Будто бы кто-то неведомый запускает генератор случайных чисел и решает, как именно себя частица проявит в конкретной точке. (Речь идёт о попытке измерений характеристик квантовой частицы и коллапсе волновой функции, до коллапса поведение квантовой частицы полностью детерминировано.) По этому поводу Эйнштейн глубоко возмущался: "Бог не играет в кости!". И вроде бы он был не прав, отрицая квантовую физику, но читаем дальше.
Размазанные частицы и коллапс волновой функции

И ведь в самом деле, частица размазана и находится сразу во многих местах, потому что в эксперименте со щелями тот же электрон проходит через два отверстия одновременно! Иначе интерференционная картинка (чередование полос) никак не получится. А что если попробовать узнать, через какую именно щель проходит электрон? Для этого надо определить направление его движения, облучив другой частицей. И всё получается, мы теперь точно знаем, через какую щель проходит каждый электрон. Но вот после такого измерения интерференционная картинка больше не получается! То есть, или мы не знаем, где конкретно находится электрон и он проходит через обе щели сразу, или мы знаем, и он проходит только через одну щель. Этот парадокс, когда размазанность исчезает при попытке измерения частицы, физики назвали коллапсом волновой функции.
Эффект Энштейна-Подольского-Розена и квантовая телепортация

Теперь, если разнести щели на очень большое расстояние, всё равно окажется что частица проходит в две щели одновременно мгновенно! Парадокс в том, что "части" волны, проходящие через разные щели знают о поведении друг друга мгновенно, быстрее скорости света, совсем не тратя времени на обмен между информацией между собой! Не забыли ещё, что волна-частица проходит не через какую-то одну щель, а через обе сразу, и в момент прохождения щелей, неизвестно какая часть через какую щель проходит. И не просто неизвестно, а как бы эти две части всё время меняются (мгновенно через любое расстояние), и застывают-определяются только попав на экран и получив интерференционную картинку. В своё время этот парадокс, названный в честь обнаруживших его учёных (Энштейн-Подольский-Розен, или сокращённо ЭПР) поставил под сомнение всю квантовую физику. Но практика подтвердила - состояние внутри размазанной частицы-волны передаётся мгновенно на любое расстояние. В теперешнем виде эксперимент выглядит так. При рождении пары фотонов, спины у них получаются строго противоположными, но какие именно - секрет. Так вот, если отвести один фотон на край вселенной и измерить у него спин, мы сейчас-же узнаем какой спин у второго фотона на другом краю вселенной. И дело здесь не в том, что фотоны при расхождении имеют фиксированный спин. Нет! Парадокс как раз в том, что эта пара всё время обменивается спинами мгновенно через любое расстояние. Иначе был бы не возможен предыдущий эксперимент с одновременным прохождением через две щели.

Складывается такое ощущение, что эта фотонная пара, ведущая себя как единый объект, является какой-то проекцией извне, из другой реальности, в которой она является действительно целым, но нам видятся как отдельные вещи.

К сожалению, парадокс ЭПР не даёт надёжды на сверхсветовые путешествия, ни на сверхсветовую передачу информации. Есть, конечно, квантовая телепортация, основанная на этом эффекте, но у неё максимальная скорость передачи тоже световая. Вкратце квантовая телепортация делает вот что. Для того чтобы скопировать какой-то сложный объект (типа человека) и по этой информации воссоздать его в другом уголке вселенной, нам надо его измерить. А всякое измерение - это разрушение (коллапс) размазанных состояний частиц, его составляющих. То есть или мы имеем живого неизмеренного человека, или измеренный труп, потому что при измерении мы теряем большинство информации о размазанных состояниях, и вылавливаем только небольшую её часть. Поэтому, чтобы скопировать человека без разрушения, надо передать всю информацию о размазанных состояниях всех его частиц. А для этого можно использовать только такие же размазанные частицы, которые и передаются со световой скоростью. Получается, что мы передаём что-то, понятия не имея, что именно мы передаём. Правда сильно отличается от теперешних компьютерных сетей? На этом же принципе основана квантовая криптография - или информация дойдёт в исходном размазанном виде, или вообще не дойдёт, что означает попытку её перехватить и принятие соответствующих мер.
Кипение вакуума и разрывы пространства

По тому же принципу неопределённости абсолютного вакуума не может существовать - в нём постоянно должны возникать всякие флуктуации-отклонения от абсолютной пустоты и нулевого уровня энергии. И в самом деле, эксперимент говорит, что вакуум как бы "кипит" или "пенится". В нём всё время возникают и исчезают пары частиц. Чем больше маса-энергия такой временной частицы, тем короче (по принципу неопределённости) её жизнь. Теоретически, на бесконечно малых промежутках времени должны возникать бесконечно тяжёлые частицы, чего, конечно, не наблюдается, и это одна из проблем современной физики. И, если при возникновении пары частиц, у одной из них энергия положительная, то у второй - отрицательная, чтобы не нарушать общий нулевой уровень энергии. Отсюда происходит таинственная отрицательная энергия (которая и в самом деле есть, проверено экспериментально), и много которой не получится накопить, потому что любой импульс отрицательной энергии должен компенсироваться много большим последующим импульсом положительной энергии. (Кстати почему? Внятного ответа у современной физики нет, но читаем дальше.) Вот так вакуум и кипит-пенится, отклоняясь в области положительной и отрицательной энергии. А временные частицы с отрицательной энергией находят себе партнёра с положительной энергией (и наоборот), чтобы аннигилировать и опять кануть в небытие. На этом же эффекте основан эффект рождения вакуумом реальных частиц под воздействием других частиц. Летит, например, фотон, сталкивается с позитроном, имеющим отрицательную энергию, доводит его энергию до нуля. А электрон с положительной энергией из этой пары остаётся - не с кем ему больше аннигилировать. Вот так и получился электрон вместо фотона. (На самом деле немного сложнее - фотон рождает электрон-позитронную пару с противоположными спинами). И на этом же эффекте основано испарение-таяние чёрных дыр, которые вроде бы ничего не могут излучать. На самом деле гравитационное поле на границе чёрной дыры так сильно, что успевает утягивать к себе внутрь частицы с отрицательной энергией, за счёт чего и теряет массу, а положительная энергия излучается наружу. За счёт более плотной массы у чёрной дыры больше шансов отловить частицу с отрицательной энергией, чем у окружающей материи. Хотя есть и другое объяснение - по принципу неопределённости, чёрная дыра не может локализовать в себе волну большего размера чем сама дыра, поэтому частицы-волны, размер которых больше дыры, могут просачиваться наружу, по тому же принципу, как они проходят сквозь стенки, описано выше. Чем меньше дыра - тем больше частот она не может в себе удержать и быстрее тает.

Дальше - больше. Пенится не только вакуум, но и само пространство на микроскопических расстояниях перестаёт быть гладким и непрерывным, имеет искажения и разрывы. Чем больше разрыв, тем меньше он существует. И в самом деле, эксперимент говорит, что есть такие разрывы пространства, называются червоточины, которые очень малы и на короткое время соединяют весьма удалённые области пространства. И опять, соединяют быстрее, чем скорость света. Парадокс очень интересный, но почему так происходит - непонятно. Физики просто сваливают это на принцип неопределённости.

Кроме того, классическая квантовая физика испытывает большие проблемы от таких флуктуаций - получается что на бесконечно малых расстояниях (или промежутках времени) флуктуации должны быть бесконечно большими, что приводит к бессмысленным уравнениям и не согласуется с практикой.
Ещё раз про элементарные частицы и поля

Виртуальные частицы, ответственные за формирование полей, и за кипение вакуума - это одни и те же или разные? Связаны ли они как-то между собой?

Есть в физике ещё такой парадокс. В некоторых расчётах массы элементарных частиц получаются огромными, много больше чем наблюдаемые. Но компенсируются до наблюдаемых масс шубой из виртуальных частиц. Как будто была сама по себе тяжёлая элементарная частица, и тут облепили-заэкранировали её тучи виртуальных частиц, не давая проявится во всей красе. На эти же шубы из виртуальных частиц сваливают и то, что четыре фундаментальных взаимодействия ведут себя по разному, но раньше вроде как вакуум был в другом состоянии, виртуальные частицы мешали не так сильно и все четыре взаимодействия вели себя одинаково.

Суперструнная физика "на пальцах"
Хватит уже современной физики, пора двигать дальше.

Повторим вкратце список вопросов к современной физике:
откуда такое разнообразие и сложность свойств у элементарных частиц?
почему они (неделимые!) превращаются друг в друга?
откуда берётся такое разнообразие фундаментальных взаимодействий?
откуда происходит корпускулярно-волновой дуализм?
почему пенится вакуум и разрывается пространство?
откуда взялось пространство?
почему вселенная имеет регулярную структуру?
где прячется тёмная материя?
и самое интересное - возможны ли сверхсветовые перемещения?
Всё состоит из супеструн

Основное положение суперструнной физики кажется достаточно простым - все элементарные частицы являются суперструнами. Суперструна - это что-то вроде очень маленького жгутика или вихря, который постоянно колеблется. Вид и амплитуда колебаний определяют все (абсолютно все!) остальные характеристики элементарных частиц - массу, электрический заряд, сильный и слабый заряд. Соответственно и частицы-переносчики взаимодействий тоже являются такими колеблющимися жгутиками.

Представить это можно как волны на воде. Одни волны бегут по воде с большой скоростью, другие волны образуют сложные интерференционные картинки, а третьи и вовсе мини-водовороты, которые живут своей жизнью и медленно дрейфуют по поверхности воды. Большая бегущая волна только приподнимет и опустит обратно такой водоворот, волна помельче вполне может изменить его размер или скорость, а то и вовсе разрушить, и тогда вместо водоворота получится всплеск разнокалиберных волн, разбегающихся от этого места. Или наоборот, мелкая волна может разбить водоворот на несколько других водоворотов. Водовороты могут сталкиваться между собой, порождая другие бегущие волны и водовороты.

Отсюда же получается, что нельзя точно измерить размер и положение частицы - можно дать только размер волны и сказать, что частица размазана по всей этой области. Ну а с учётом того, что мы одну волну можем измерять только другой, и вовсе становится понятно, почему в поисках абсолютной точности мы обречены на неудачу.

И такое разнообразие волн порождает всё разнообразие элементарных частиц и всю сложность и разнообразие фундаментальных взаимодействий. И всё бы хорошо, но! Трёх наших пространственных измерений не хватает даже для того, чтобы получить количество степеней свободы нужное для обеспечения электромагнитного взаимодействия.
Свёрнутые измерения

Но уже во времена Эйнштейна была известна идея о свёрнутых измерениях. Свёрнутое измерение - это такое же полноправное пространственное измерение, как и три наших исходных. И суперструны могут совершать колебания не только в наших трёх измерениях (развёрнутых), но и в свёрнутых измерениях. Но его протяжённость очень мала, настолько мала, что "хвост" суперструны всегда торчит в нашем трёхмерном пространстве, как бы она не колебалась вдоль свёрнутых измерений. Представить это можно той же поверхностью воды. Только у поверхности воды два развёрнутых измерения и одно свернутое (высота), вдоль этой высоты волны тоже колеблются, только размах их колебаний ограничен. Существо, живущее на поверхности воды, и видящее только два развёрнутых измерения, не может видеть высоту колебания волн, но зато может увидеть эффект от этих колебаний - уменьшающиеся и увеличивающиеся круги на поверхности воды. И точно так же это двумерное существо не сможет увидеть всю картину взаимодействия волн. Вот идут два круга навстречу друг другу, и раз - получилось много мельтешащих кружков на месте их встречи, будто бы они столкнулись и рассыпались на более мелкие. Но существо это знает, что каждый кружок - это элементарная неделимая частица, которая не содержит в себе более мелких. И вот пронаблюдав такое превращение одной элементарной частицы-кружка в пачку других, двумерное существо чешет себе голову и приговаривает: "Каждый кружок - это свой тип материи, которые непонятным образом превращается в другие. Да, загадка природы!" Но мы то сверху видим, что никаких разных типов материи не существует, всё это следствие колебаний волн по высоте.

Почему свёрнутые измерения так малы? Замыкаются ли они сами на себя или просто имеют "тупики" в конце? Или это может быть суперструне чего-то не хватает, чтобы полностью оторваться от нашего трёхмерного пространства и уйти в другие измерения? (Чего именно не хватает, может энергии? Или может её удерживают другие струны от полного отрыва?) На эти вопросы суперструнной физике ещё предстоит ответить, а я свои предположения дам дальше.
Взаимодействия при помощи свёрнутых измерений

В те самые Эйнштейновские времена уже была попытка обсчитать электромагнитные взаимодействия через дополнительное измерение. Попытка оказалась удачной, и уже целый век вдохновляет физиков на обсчёт других фундаментальных взаимодействий через дополнительные свёрнутые измерения.

Выглядит это приблизительно так. Представьте себе шарик, который плавает на поверхности воды и крутится (вдоль горизонтальной оси), вода не замедляет его движение. Пусть два таких шарика сталкиваются. Как вы думаете, результат столкновения будет определятся только линейными скоростями шариков? Правильно, вращение окажет своё дополнительное воздействие. А для двумерного существа это будет выглядеть так, как будто два столкнувшихся кружочка кроме скорости имели ещё какой-то дополнительный заряд. Точно так же, некрутящийся шарик, пущенный по двумерной трубе из некрутящихся шариков, соприкасаясь с шариками-стенками заставит их вращаться. Шарики с противоположных сторон трубы естественно будут вращаться в противоположные стороны. "Шаман!" - скажет двумерное существо - "Проходящий ток рождает магнитное поле!". На самом деле будет посложнее, но такая идея позволила объяснить электромагнитное и остальные фундаментальные взаимодействия через идею свёрнутых измерений, когда заряд (или импульс) взаимодействия дополнительно прячется (пульсирует) и передаётся вдоль свёрнутых измерений, а в нашем трёхмерном пространстве мы видим сложные проявления в виде отклонения частиц под действием разных полей. Эта же идея объяснила и происхождение всех фундаментальных взаимодействий (включая гравитацию!) из единого взаимодействия, которое распалось на разные взаимодействия в наших условиях. И, кстати, это расчёт точно совпал с экспериментом (гравитацию ещё не проверили, мощностей не хватает).

Сейчас, физики считают что есть как минимум одиннадцать суперструнных измерений - одно временное и десять пространственных (три развёрнутых и семь свёрнутых). Расходятся мнения не только по числу измерений, но и в том, какого вида могут быть струны - открытые, как бегущая по воде волна, или только закрытые, как водоворот на поверхности. Различают струны намотанные на свёрнутые измерения (вихрь колеблется в свёрнутом измерении) и не намотанные (колеблются внутри развёрнутого измерения). По свежим данным, все эти различия являются частными случаями более общей теории (М-теории), которая включает себя не только колеблющиеся одномерные жгутики, но и двумерные мембраны и мембраны высших размерностей (пи-браны).

Вот мы уже и ответили на вопрос, откуда происходит разнообразие элементарных частиц и взаимодействий, почему они превращаются друг в друга, и даже немного ответили о происхождении корпускулярно-волнового дуализма и принципа неопределённости. Теперь попробуем понять, откуда взялось пространство.
Вихревая физика и спин-торсионные взаимодействия

Кстати, похожими вещами давно увлекаются и наши родные физики, тут вам и вихревая гравитация, и спин-торсионные взаимодействия, и мировые поверхности. Для ознакомления можно почитать:
Косыев В.Я. - Единая теория поля, пространства и времени (содержание в правой части страницы)
Орлов С.А. - Теория вихревой гравитации и сотворения вселенной
Откуда взялось пространство

Как нам уже объясняли Эйнштейн сотоварищи, пространство - это "всего-лишь" свойство материи. И вы уже видели примеры выше, как (и почему) под действием гравитации (тоже форма материи) пространство-время изменяется.

Раньше считали, что пространство - это вещь сама по себе, которая набита разными частицами и полями. Теперь мы знаем, что эти самые частицы и поля могут воздействовать на пространство. Но существует ли это пространство на самом деле, на самом фундаментальном уровне строения вселенной, или это только удобная категория описания мира?

Для чего нужно пространство? Чтобы описать положения частиц, такая находится там-то, эта ближе, эта дальше. И чтобы две частицы повзаимодействовали, они должны изменить своё положение в пространстве, чтобы оказаться на близком расстоянии (при котором возможно взаимодействие). Считается при этом, что частицы проходят как бы через пустоту.

Но теория суперструн намекает, что можно обойтись без этой абстрактной пустоты. Вселенная состоит из мириадов суперструн, которые сцеплены между собой по разным направлениям. И точно так же, как по водной глади бегут волны, так и суперструнные колебания (представляющие собой разные частицы) путешествуют по сцепленным между собой суперструнам. Самыми простыми струнами, образующими ткань пространства, по которой бегут другие волны-суперструны, могут быть гравитоны. Суперструнная теория как раз описывает гравитон как одно из самых простых колебаний.

Вот так, естественным образом можно уйти от непонятной пустоты абстрактного пространства, заменив её мириадами связных суперструн. Конечно, здесь есть и свои закавыки, и даже очень интересные следствия и предположения, но об этом позже. (Например, я смешиваю понятие суперструны как передатчика колебаний, и суперструну как само это колебание. Не обращайте пока внимания, мы с этим ещё разберёмся.)
Многомерная вселенная

Почему суперструны в нашей вселенной сцеплены только по трём пространственным измерениям, а вдоль остальных совершают только микроскопические колебания? А что было бы, если бы суперструны могли передавать колебания и вдоль остальных измерений? Товарищ Грин в своей изумительной книжке, к сожалению, не даёт внятного ответа на этот счёт.

Но если подумать, вот что приходит в голову. На самом деле, нет никаких неизвестных фундаментальных ограничений на измерения, в которых может колебаться суперструна. Всё зависит только от самой струны - хватит ли у неё длины, чтобы одновременно растянуться в таком огромном количестве измерений одновременно. Или энергии, которая позволяет растянуться на такую длину. Или скорости колебаний, ведь для того чтобы своими колебаниями покрыть весь объём в высокомерном пространстве, чтобы полноценно передать взаимодействия по всем направлениям, нужна просто фантастическая скорость (частота) колебаний. Вдумайтесь сами, даже в нашем, "всего-лишь" трёхмерном пространстве, сила гравитационного притяжения убывает обратно пропорционально кубу расстояния! При этом, конечно, честно покрывая весь объём по всем трём направлениям. И уже для четырёх измерений гравитации не хватает чтобы сформировать стабильные орбиты, планетные системы и галактики - в четырёх измерениях они просто попадают друг на друга или навсегда разбегутся в космосе.

Точно так же и суперструны, когда вселенная только начинала своё существование из большого взрыва, имели высокие энергии (частоты), которые позволяли им быть связанными по всем (десяти) измерениям. Особенно с учётом того, что в начале вселенная была очень небольшая по размеру. Но вселенная расширяется, энергия суперструн расходуется на расширение вселенной, и вот в один прекрасный момент энергии суперструн уже не хватает, чтобы передавать взаимодействия по всем измерениям. И, хрясь! Наша многомерная вселенная рвётся на куски по высшим измерениям. Внутри таких кусков суперструны остаются связанными по низшим измерениям, но между кусками, связь, увы, потеряна. А по высшим измерениям суперструны колеблются в небольших диапазонах, достаточных для проявления многих сложных взаимодействий в низкоразмерном пространстве.

Помните, что будет, если вылить воду в окно? Сначала летит одна большая капля, потом под действием внутреннего давления её начинает расширять, и, в конце концов, она рвётся на мириады крупных и мелких капелек, некоторые куски вытягиваются в плоские поверхности с причудливыми ответвлениями, а между всеми этими кусками остаётся редкий водяной туман.

Точно так же вселенная в результате своего расширения рвётся на множество капелек-кусков. Некоторые капельки-вселенные получаются с большим числом измерений, некоторые с меньшим. Так же как из капли воды получаются маленькие круглые капельки, так и получаются маленькие, плотно свёрнутые вселенные, в которых после разрыва осталось большее число измерений. Отрываются от большой капли и тонкие размазанные струи, в которых можно увидеть намёк на вселенные с меньшей размерностью, которые окончательно развалились в большую протяжённость меньшего числа измерений. А у этих размазанных струй встречаются разные наросты - неравномерности в количестве измерений, а по краям получается причудливая бахрома с непонятной метрикой. А между каплями-вселенными стоят брызги и водяной пар из частиц, так и не примкнувших ни к одной вселенной. Этот пар слишком разряжен, чтобы образовать свою вселенную.

После разрыва могут образоваться как изолированные, так и связанные друг с другом вселенные-капли. Путешествуя по связанным каплям можно попасть в другие вселенные, и даже во вселенные с другим количеством измерений. Из изолированной капли-вселенной вырваться просто так не получится.

Таким образом, получается идея поливселенной (multiverse), которая состоит не из каких-то параллельных или альтернативных вселенных, а из наших же бывших соседей по высшим размерностям.

Отсюда же понятно как суперструны рождают пространство. Чем выше энергия струны, тем больше она имеет степеней свободы, и тем с большим количеством других суперструн по разным направлениям она может сцепиться. А точки сцепления с другими суперструнами и есть то разнообразие направлений, которое определяет мерность пространства.

А самое интересное, что такая идея разрыва многомерной вселенной по высшим измерениям, может разрешить некоторые космологические загадки.

Загадка первая - это инфляционная гипотеза, которая говорит, что вселенная в начале большого взрыва должна была расширяться намного быстрее, чем сейчас. Это надо чтобы объяснить однородность вселенной в удалённых друг от друга местах. Такая однородность не могла сохраниться при теперешнем темпе расширения вселенной. За счёт чего вселенная раньше расширялась намного быстрее - непонятно. Зато, зная, что в начале происходили разрывы по высшим измерениям, всё становится на свои места. Представьте себе высокий карточный домик. Расстояния между картами небольшие. Но когда под порывом ветра домик развалится, и карты упадут на плоскость, то многие карты мгновенно окажутся на много большем расстоянии друг от друга на плоскости чем были до этого в карточном домике. И продолжат уже более медленное движение друг от друга. Так и разрыв по высшим измерениям мгновенно порождает огромные расстояния по низшим измерениям вследствие того, что высшие измерения перестают существовать.

Загадка вторая - ячеистая структура нашей вселенной. Галактики и скопления галактик разбросаны не хаотически, а образуют регулярную структуру, как бы ячейки сетки. Но как такая сетка могла образоваться из хаотического взрыва? А теперь представим себе мыльную пену, пузыри в которой высыхают, истончаются, и в конце концов на столе от пузырей остаются только высохшие "кратеры", которые, да-да, образуют те самые ячейки. Точно так же и разрыв по высшим измерениям мог произойти не везде и сразу, а сначала распадались высшие измерения в центре пузырей, потом границы высокоразмерных пузырей истончались, лопались, и в итоге оставались только кратеры-ячейки концентрированной материи в пространствах низшей размерности.

Загадка третья - тёмная материя. Физики давно подсчитали, что видимой материи не хватает, для того чтобы объяснить поведение вселенной. Вселенная ведёт себя так, как будто на неё действует в несколько раз большая масса, чем во всех обнаруженных видах материи. Поэтому, вполне может быть, что тёмная материя как раз и прячется в других вселенных, наших соседях по высшим размерностям. И немного пробивается сквозь барьер измерений, добавляя недостающий вклад в нашу вселенную.

Загадка четвёртая. Объекты, ведущие себя так, будто в далёком прошлом они были единым целым. Но расстояние между ними настолько велико, что за всю жизнь вселенной они просто не могли бы покрыть такое расстояние. Идея разрыва по высшим измерениям всё ставит на свои места - это и был целый высокоразмерный объект. А разрыв по высшим измерениям разорвал этот объект по двум разным областям низкоразмерного пространства. Которые, как в случае с карточным домиком, мгновенно оказались далеко друг от друга. Есть ещё гипотеза о других фундаментальных взаимодействиях, которые проявляются только на огромных расстояниях. И, по-моему, даже была новость, что такое взаимодействие обнаружено между дальними уголками нашей вселенной. И его тоже можно объяснить нашей идеей. А именно, это продолжают пробиваться взаимодействия в высших размерностях между бывшими соседями по высшим измерениям. (Ведь соседями то они остаются, несмотря на то, что между ними появилась большая яма!) Хоть большинство высокоразмерных связей и порвалось, но что-то, что мы в силах обнаружить, видимо ещё осталось.
Почему пенится вакуум и рвётся пространство

Квантовая физика говорит, что вакуум бурлит в силу принципа неопределенности. По тем же причинам и пространство становится прерывистым, а то и вовсе возникают микроскопические дыры-червоточины, которые на короткие мгновения соединяют между собой отдалённые уголки вселенной. Мол, чем меньше промежуток времени, тем больше в нём может возникать отклонений от "ничего".

А теперь попробуем посмотреть с точки зрения суперструн. Каждая частица - это колебание. Но как мы знаем, у главного колебания всегда есть попутчики - более мелкие колебания-всплески на разных расстояниях от главного. С той же частотой, но меньшие по высоте. Например, ударив по воде, вы увидите не только волну в центре удара, но и расходящиеся от неё круги. Так же и водовороты порождают вокруг множество маленьких водоворотов-отражений и бегущих волн. Причём эти вторичные волны и водоворотики не обязательно являются точной копией исходных, но зависят от их формы. Вполне может быть, что колебания от одного водоворота могут воздействовать на другой, заставив их притягиваться, или отталкиваться друг от друга. В двух измерениях на поверхности воды такие колебания обычно нестабильны, и быстро распадаются на самые простые волны. Но в десяти измерениях - полное раздолье, в котором могут гулять, взаимодействуя между собой, водовороты и колебания невиданной сложности.

Суперструны, как и всякое колебание, тоже порождают массу вторичных колебаний, поэтому пространство вокруг частицы не гладкое, а колеблется в такт частице. Чем дальше - тем меньше. Хотя могут быть случаи поинтереснее, когда эта зависимость от расстояния выглядит совсем по другому (и это подтверждает теория сильно-электро-слабого объединения).

А если частиц много, тогда пространство вокруг них испещрено непрерывными колебаниями. Обычно такие фоновые колебания ниже, чем исходные. Но в результате интерференции могут получаться и случаи, когда такие мелкие колебания сливаются в одно, сравнимое (а может даже и большее) по величине с обычной частицей. Точно так же может случиться и провал за счёт усиления фоновых впадин. Естественно, горки и провалы не могут надолго отклонится от среднего фонового уровня. Но вот если найдётся обычная частица, которая заделает впадину за возникшей горкой, то такая горка продолжит своё высокое существование. А частица, заделавшая впадину, растворится в фоновых колебаниях.

Вот откуда берутся виртуальные частицы переносчики поля, вот почему кипит вакуум. Вот откуда берутся шубы виртуальных частиц, облепляющих главную частицу. Ведь если у главной частицы действительно огромная масса, как показывают расчёты, то из окружающих её виртуальных частиц (вторичных колебаний) торчит только верхушка главной частицы. А эта верхушка, которая только чуть-чуть возвышается над фоновым уровнем колебаний, и даёт маленькую наблюдаемую массу. В то время как основная масса частицы скрыта глубоко под средним уровнем колебаний. Это же даёт и намёк на то, почему объединение фундаментальных взаимодействий зависит от энергий частиц и свойств вакуума.

Когда главная частица, породившая вторичные, начинает двигаться, за ней тянутся и вторичные всплески. За счёт ускорения высота вторичных всплесков может подняться до высокого уровня, и тогда мы сможем обнаружить уже реальную частицу переносчик поля, которая возникла вследствие изменения потенциала поля. Вот так движущиеся заряды порождают излучение.

(Хотя, если подумать как следует, высота волны может и не быть аналогом массы, скорее это ширина. Но тем не менее, эффект компенсации массы (и других взаимодействий) за счёт вторичных колебаний и здесь действует.)

Отсюда же происходит и таинственная отрицательная энергия. Которая для суперструн является всего лишь впадиной относительно среднего уровня колебаний. И понятно, что нельзя надолго сделать такую впадину, потому что её захлопнут накатившие горки. Точно так же и в море нельзя просто так сделать надолго ямку в поверхности. Чем большая ямка - тем большей волной её потом накроет.

Поэтому товарищ Грин и намекал в своей прекрасной книжке, что суперструнная физика может напрочь отменить квантовую физику. Но, увы, постеснялся объяснить почему.

Теперь понятно, откуда берутся и дыры в пространстве. Никто ведь не утверждал, что все суперструны должны быть жёстко связаны концами друг с другом чтобы передавать колебания. Они их передают только в среднем - то есть могут попасть друг в друга, а могут и не попасть. Но с наших масштабов кажется что всё время попадают. Или скажем по другому, не трогая связность суперструн. Неожиданные флуктуации фоновых колебаний могут исказить эффект гладкого движения частицы. Ведь о движении частицы мы судим по её волне, а фоновые колебания накладываясь на нашу исходную волну дают волну, движение которой уже не гладкое. Попробуйте позапускать мелкие волны по поверхности воды, которая в одном случае спокойная, а во втором - покрыта мелкой рябью, и вы сразу поймёте о чём я. В первом случае волна пойдёт прямо. Во втором тоже, но горб волны мы будем наблюдать шарахающимся из стороны в сторону.

Точно так же из-за флуктуаций, но уже по высшим (свёрнутым) измерениям, могут возникнуть червоточины. Которые могут соединять отдалённые уголки нашей вселенной, вести в другие вселенные или вообще в никуда. То есть, неожиданная флуктуация может сбить бегущую волну уже не в смежные (в развёрнутом пространстве) струны, а куда-нибудь в дальние дали.
Всё становится на свои места

Разрыв вселенной по высшим размерностям скорее всего повлёк за собой и распад единого взаимодействия на несколько фундаментальных. Ведь когда вселенная была связана по всем измерениям, все взаимодействия были равноправны и могли распространятся по всем измерениям. Но разрыв высших измерений прекратил это раздолье. У каких-то взаимодействий остались свои развёрнутые измерения, у каких-то - нет. Вполне вероятно, что размер измерения связан с массой и свойствами частиц-переносчиков взаимодействий. Напомню, что хотя фундаментальных взаимодействий всего четыре, частиц-переносчиков больше. Гравитация и электромагнетизм, распространяющиеся со скоростью света, соответствуют развёрнутым измерениям, их частицы (фотоны и гравитоны) имеют нулевую массу покоя. Слабое и сильное взаимодействия действуют на сверхкоротких расстояниях, частицы-переносчики имеют огромную массу, вследствие чего - небольшое время жизни и небольшой пробег (дальность действия). Отсюда и размер свёрнутых измерений может быть завязан на массу-длину пробега частицы-переносчика взаимодействия.

Следующее следствие разрыва мерностей, как вы уже знаете, это то, что у каждого куска-метагалактики своя физика, которая зависит от того, как именно изогнулись и разорвались измерения этого конкретного куска, и где именно расположен наш кусок-метагалактика внутри целой вселенной, и какие у него соседи. Отсюда и следствие - неправильно думать, что физика сможет когда-то понять или вычислить фундаментальные константы нашей метагалактики как самой по себе, потому, что эти константы не абсолютны, а лишь следствие того, куда попал и как разорвался наш кусок-метагалактика в процессе большого взрыва. Но зато изучив физику и фундаментальные константы нашей метагалактики, можно будет спрогнозировать физику и фундаментальные константы наших ближайших топологических соседей, а то и структуру всей вселенной.

Физика и фундаментальные константы внутри нашей метагалактики могут меняться в разных местах вследствие кривизны и наличия разных соседей-метагалактик в высших размерностях. А в местах, сохранивших связь по высшим измерениям, будут и вовсе физические аномалии и проходы в зоны с другой физикой, другие метагалактики. Если, конечно, наша метагалактика не замкнута.
Летим к звёздам

Дочитав до этого места, вам уже понятно, что природа оставила нам достаточно намёков на то, что попасть в другое место нашей вселенной быстрее скорости света всё таки можно. Намёки это такие:
червоточины (микроскопические дыры в пространстве)
огромная скорость расширения вселенной в начале большого взрыва
суперструнное строение пространства и наличие высших размерностей

Как нам гласит теория относительности Эйнштейна, путешествия со скоростью быстрее света, в нашей вселенной неминуемо приводят к таким парадоксам, как возможность получения сигнала из прошлого или движение назад во времени для тех, кто движется быстрее света. На практике же, для того чтобы разогнать тело до близкой к скорости света нужны гигантские энергии, а до световой - нужна и вовсе бесконечная энергия. Про сверхсветовые скорости и говорить нечего.

Попробуем предположить откуда берутся такие ограничения исходя из суперструнной физики. Мы уже знаем, что каждая частица движется не за счёт изменения своего положения в пустоте, а за счёт того, что волна, представляющая эту частицу передаётся по колеблющимся суперструнам. Каждая суперструна - это вполне материальный объект, который имеет свои характеристики (вроде массы или энергии), которые не позволяют суперструне мгновенно изменять свои колебания, быстро перестраиваться на очень высокие частоты. Может, есть и предел на максимальную частоту колебания струны. Поэтому скорость перестройки отдельной суперструны налагает ограничение на максимальную скорость бегущей волны. Точно так же бегущая по воде волна может иметь максимальную скорость, которая ограничивается свойствами молекул воды. Чтобы передать движение внутри нашего пространства каждая суперструна должна перестроиться и перестроить по цепочке соседние суперструны. И чем больше скорость у тела, тем больше надо затратить энергии, чтобы задать начальный импульс перестройки струн, тем выше должна быть частота перестройки струн. И поэтому же, невозможна внутри суперструнного пространства скорость, большая чем сможет обеспечить перестройка соседних струн. А если попытаться подставить в расчёты большую скорость, то уравнения становятся с ног на голову и выдают разные парадоксы.

Отсюда главный принцип достижения сверхсветовых скоростей - мы должны двигаться вне сцеплений суперструн в нашем пространстве! Или, другими словами, мы должны оторваться от любых взаимодействий внутри нашего пространства. Или, хотя бы по максимуму ослабить их влияние. А значит это одно и то же - на время нашего путешествия мы покидаем наше пространство, и, следовательно, не нарушаем волновые уравнения. Точно так же, как вихрь на воде можно поймать в тазик, быстро перенести в другое место и там выпустить. При этом мы, конечно, перестаём взаимодействовать с остальными объектами нашего пространства. Обычный сигнал из пространства нас уже не достанет. Что ж, вполне ожидаемый эффект, окончательно избавляющий нас от парадоксов.

Теперь список идей как это может выглядеть на практике:
гиперпространство
фазовый сдвиг
"фабрика пространства" Букхарда Хайма
конденсатное гиперполе
отрицательная энергия
звёздные врата и звёздные магистрали
квантовые маяки

И хотя список не мал, большинство из этих идей, похоже имеют единую основу, выраженную с разных сторон.
Гиперпространство

У нас целых семь свёрнутых измерений, которые когда-то были развёрнутыми. А что если попытаться развернуть какое-нибудь свёрнутое измерение и вдоль него выйти из нашего пространства, проделать путешествие, и потом вернуться обратно в наше пространство? Или, если не выйти, то хотя бы чуть-чуть приподняться над нашим пространством вдоль этого измерения. Ведь этого чуть-чуть вполне хватило бы, чтобы преодолеть световой барьер.

Идея хорошая, но как это сделать на практике? Исходим из того, что частицы в среднем равномерно колеблются по свёрнутым измерениям. И надо попробовать их синхронизировать так, чтобы они все вместе, синхронно, колебнулись вдоль одного и того же свёрнутого измерения. Какие характеристики отвечают за (точнее проявляют) колебания по свёрнутым измерениям? Это, например, спин, являющийся аналогом вращения, но, тем не менее, никакого вращения в трёхмерном пространстве не имеющий. Но на спин мы можем воздействовать, например, ориентируя электроны спином в нужном направлении. Вот так, зацепившись (например!) за спин, и раскачав колебания частиц вдоль одного из свёрнутых измерений, мы вполне можем заставить их как бы оторваться, выскочить на мгновение из нашего трёхмерного пространства. Как кораблик, на мгновение оторвавшись от волн, не испытывая трения воды, может совершить стремительный бросок вперёд, так и космический корабль, на мгновение оторвавшись от волн фундаментальных взаимодействий, совершит огромный внепространственный прыжок. Не тратя энергию на то, чтобы перестраивать суперструны, передающие колебания частиц, составляющих корабль.

Представьте, на поверхности воды плавают конусы, направленные в разных направлениях. Не трогая их сверху, только движениями сбоку, можно получить две отдельные группки конусов, одни из которых будут направлены строго вверх, другие - строго вниз. Теперь, гоняя их в нужной последовательности вокруг кораблика, можно раскачать большую волну, которая, в конце концов, оторвётся от основной массы воды. И даже больше, можно не просто оторвать волну вверх, а сделать так, чтобы она упала в нужном направлении, неся за собой кораблик. Понятно, что скорость перемещения по воздуху намного больше чем по воде, учитывая, что наш кораблик - это не металлический лайнер с винтами, а интерференционный рисунок на поверхности воды.

Гигантские энергии, властвовавшие в начале большого взрыва, не понадобятся. Главное - это точно в одном направлении и синхронно раскачать колебания частиц вдоль свёрнутого измерения. То есть, подобрать (динамическое) поле правильной конфигурации. Электромагнитное, например. А оно уже, будучи частью единого взаимодействия, зацепит всё остальное. Может, потребуется обратная связь для корректировки процесса. А там уже, поле правильной конфигурации, раскачает нужные колебания по свёрнутым измерениям.

Будет ли достаточно раскачать свёрнутые измерения на границах (вокруг) корабля, чтобы отгородиться от внешних взаимодействий, или придётся раскачивать весь объём корабля - вопрос пока остаётся открытым.

Если разработать эту идею дальше, то корабль сможет не только на мгновения отрываться от нашего пространства, но и полноценно перемещаться по всем измерениям, попадая в разряжённые межвселенские области, и даже в другие вселенные!

Может оказаться, что другие вселенные (или отдалённые уголки нашей вселенной) при движении по свёрнутым измерениям окажутся ближе, чем соседние галактики или даже звёзды. Тогда, на первых порах, удалённые миры окажутся ближе, чем звёзды-соседи. И наши потомки, восстановив картину разрыва вселенной по высшим измерениям, построят карту звёздных трасс от нашего Солнца в отдалённые уголки вселенной и другие миры.
Что случилось с эсминцем Элдридж?

Может быть, такой эксперимент проделывали в прошлом. Во время второй мировой войны, группа учёных США (в том числе Эйнштейн) получила задание разработать невидимость от радаров врага. Во времена Эйнштейна уже было известно, что электромагнитные колебания можно рассчитывать через дополнительные свёрнутые измерения. Ещё Эйнштейн работал над единой теорией поля, которая, как сейчас известно, хорошо выводится из идеи свёрнутых измерений.

Учёные вероятно добивались чтобы корабль, под действием мощного электромагнитного поля особой конфигурации, как бы выпал из части электромагнитного спектра. Так и произошло. Но! Через некоторое время корабль окутался дымкой и вообще исчез! Говорят, его во время исчезновения видели в отдалённых местах. Когда корабль вернулся, он представлял собой жуткое зрелище - многие части корабля как бы расплавились, перемешались друг с другом, некоторые люди оказались заживо запаянными в металл. Многие члены экипажа потом страдали от последствий - болезни, расстройства психики, непонятные эффекты, вплоть до физического исчезновения.

Видимо учёные ошиблись, и корабль выпал не только из электромагнитного спектра, но и из других фундаментальных взаимодействий, за счёт чего и телепортировался на некоторое время. Это и понятно - даже сейчас уравнения суперструнной теории невероятно сложны для расчетов. Может, сыграли свою, роль другие свёрнутые измерения и другие фундаментальные взаимодействия, которые учёные не учитывали в своих расчетах. (Не знали про них тогда.)

Катастрофические последствия могли получится от того, что плохо был поставлен процесс синхронизации, разные части корабля по разному выходили из пространства и поэтому вплавились друг в друга. А может быть, повлияло гравитационное поле Земли или материя, окружающая корабль. Гиперпрыжки возле больших масс, или в непустое место - рискованное занятие, это знали ещё писатели-фантасты.

Но всё же, такой эксперимент даёт надежду на построение простейшего гипердвигателя в ближайшем будущем. Может даже и без сложнейших расчётов и до завершения теории суперструн удастся подобрать электромагнитное поле нужной конфигурации и отладить безопасную процедуру синхронизации.
Фазовый сдвиг

Поскольку ещё непонятно до конца как же именно суперструны образуют пространство, рассмотрим путешествие по свёрнутым измерениям с другой стороны. Может быть, при разрыве по высшим размерностям, суперструны разошлись не вдаль, а заимели такие параметры колебаний, которые друг с другом не пересекаются. Это как фазовый сдвиг - две волны, сдвинутые друг относительно друга по фазе, всегда рядом, но никогда не могут достать друг друга. Точно так же и суперструны могли образовать свои фазовые пространства, которые хоть и рядом, но друг до друга достать не могут.

Поэтому и идея выхода из пространства состоит в изменении параметров колебаний таким образом, чтобы попасть в другое фазовое пространство (то есть другая вселенная) или получить такие параметры колебаний, которые бы соответствовали "межвселенской" области, в которой помехи для движения минимальны.

И как в случае с гиперпространством, вопрос о том, надо ли сдвигать по фазе только границу вокруг корабля, или весь транспортируемый объём, остаётся открытым.
"Фабрика пространства" Букхарда Хайма

Непризнанный немецкий физик Букхард Хайм и его ученики продолжают развивать идею, близкую к теории суперструн. В этой теории тоже существует большее количество измерений, взаимодействие по которым и объясняет различные фундаментальные взаимодействия. Теория Хайма (называемая ещё квантовой физикой Хайма) утверждает, что можно подбирать такие параметры полей, когда они переходят в другие виды полей. В частности, мощное электромагнитное поле, организованное нужным образом, может образовывать гравитационное поле. А гравитационное поле - это уже ключ к управлению пространством. Получается, управляя таким полем, можно менять пространство вокруг корабля - вырезать кусок пространства перед носом и выбросить этот кусок за кормой. Или "протоптать" дорожку-пространство за пределы нашей вселенной, совершить перемещение, и потом вернуться обратно в нашу вселенную, таким образом покрыв большие расстояния за небольшое время.

Подробнее можно ознакомиться здесь:
http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/01/10/200900.html
Статья с расчетами:
http://www.hpcc-space.de/publications/documents/aiaa2004-3700-a4.pdf
Ещё одна статья:
http://www.uibk.ac.at/c/cb/cb26/heim/theorie_raumfahrt/hqtforspacepropphysicsaip2005.pdf
Исследовательская группа:
http://www.heim-theory.com/Contents/contents.html
Конденсатное гиперполе

Помните про конденсаты и сверхпроводимость? Бозонный конденсат из электронов обладает идеальной электрической проводимостью. У этого эффекта есть интересное применение. Если тело окружить таким сверхпроводником, то оно будет полностью изолировано от окружающего электромагнитного излучения.

Может быть, реально создать конденсат, который обладает гравитационной сверхпроводимостью. Окружив корабль таким конденсатом, мы добьёмся того, что внешние поля будут проходить сквозь конденсат беспрепятственно, а сам корабль будет полностью изолирован от внешних воздействий. И сможет развить сверхсветовые скорости.
Отрицательная энергия

Идея состоит в том, чтобы границу вокруг корабля обкладывать отрицательной энергией. Свойства отрицательной энергии таковы, что она изолирует пространство корабля от окружающего пространства, делая возможным преодоление светового барьера.

Как именно будет перемещаться корабль - за счёт первоначальной скорости, или меняя концентрацию отрицательной энергии в нужном направлении - ещё непонятно.

У этого способа есть проблема - по текущим оценкам, практически невозможно накопить нужное количество отрицательной энергии. Хотя есть мнение (пока ещё уточняется), что отрицательной энергии нужно намного меньше, настолько меньше, что мы в состоянии столько накопить.

Подробности здесь:
http://www.physics.hku.hk/~tboyce/sf/topics/wormhole/wormhole.html

Как я уже рассказывал, возможно, отрицательная энергия - это просто провалы в среднем фоне колебаний первичных и вторичных суперструн. Поэтому, окружая тело отрицательной энергией, мы перекрываем к нему доступ всех фундаментальных взаимодействий - они просто "тонут" в яме отрицательной энергии. Точно так же рвётся и пространство, потому что пространство действительно за счёт передачи взаимодействий по массиву связных суперструн. А яма из отрицательной энергии нарушает эту связность. Отключение тела от всех взаимодействий и из окружающего пространства даёт возможность сверхсветовых внепространственных перемещений.

Отсюда одно интересное следствие - чем меньше полей и частиц на пути следования такого корабля, тем меньше должна быть мощность генератора отрицательной энергии. До конца не уверен, может быть, замкнувшись в кокон, кораблю уже будет всё равно, что за его пределами, и большая мощность нужна будет только чтобы завестись (создать кокон вокруг корабля).
Звёздные врата и звёздные магистрали

Ещё несколько вариаций на тему отрицательной энергии.

Если поймать червоточину, и обложить её вход отрицательной энергией, то можно не только стабилизировать червоточину, но и расширить её размер, чтобы могли проходить нормальные тела.

Можно сделать и нечто вроде туннеля со стенками из отрицательной энергии. Перемещаясь с досветовой скоростью можно расставить генераторы отрицательной энергии. Два соседних генератора своим излучением будут образовывать сегмент туннеля. Зато когда туннель будет готов, между его входом и выходом можно будет перемещаться быстрее света. Вот такая межзвёздная магистраль.
Квантовые маяки

И самая шикарная идея - это перефокусировка волновой функции перемещаемого тела целиком. Каждая частица - это вероятностная волна, которая в прямом смысле слова размазана по всей вселенной. Правда, максимальная вероятность проявления этой волны сфокусирована в очень небольшой области. А если попробовать перевести этот фокус в другое место? Перефокусировать волну, не перемещая само тело? Такие опыты проводились для небольших частиц. Но чтобы сделать такое для макроскопических тел, нужны будут и потрясающие технологии, и маяки-фокусаторы по всему космосу.

Но зато, когда будут расставлены такие маяки вокруг нашей галактики, например, можно будет мгновенно перемещаться в любую её точку. А если иметь такие маяки в других галактиках (или даже вселенных), то можно будет и по всей вселенной гулять как по своей комнате. И, кто знает, может другие расы в иных мирах уже строят такие маяки...
Другие технологии

Суперструнная физика может дать и такие вещи как антигравитацию, управление инерцией, новую энергетику, новые материалы и оружие, компьютеры, имеющие потрясающую мощность и новые принципы вычислений.
Фантастика?

Совсем немножко ;). По большей части я популярно объяснил идеи суперструнной физики, и то, как она может быть использована для рывка в будущее. Объясняйте это детям, раздавайте вашим знакомым, популяризируйте эти идеи дальше. Это отличная тем для курсовых, дипломных и кандидатских работ, как для физиков, так и для математиков и программистов. Которая может включать в себя и компьютерное моделирование, и теоретические выкладки, и эксперимент. И может быть, уже при нашей жизни, новый гений изобретёт гипердвигатель или антигравитацию, или учёный-экспериментатор подберёт параметры поля, преобразующего электромагнитное взаимодействие в гравитационное.

Кстати, про развитие детей читайте здесь, и может этим гением станет ваш ребёнок!
Гиперпрыжки и парадоксы - ещё раз

Согласно классикам, если два корабля будут двигаться со сверхсветовыми скоростями и попробуют обмениваться сигналами, то такой сигнал будет приходить в прошлое и приводить ко всяким парадоксам.

Но классики не учли такие моменты.
Корабли движутся вне пространства, или как минимум вне обычных пространственных взаимодействий. То есть, чтобы послать сигнал, корабль должен прекратить гиперпрыжок, оказаться в обычном пространстве, и послать или принять сигнал.
Или, что менее вероятно, у нас должен быть такой супермощный передатчик, который мог бы или послать широковещательный внепространственный сигнал, который бы достиг корабля в любой точке вселенной и вне её. Или очень точно прицелиться на корабль, находящийся в гиперпространстве (а по сути, в начале прыжка проделать к кораблю пространственную дорожку, по которой идут сигналы, и держать корабль "на привязи" такой дорожкой).
Третий вариант - два корабля периодически показываются в обычном пространстве, а между ними с донесениями снуёт третий корабль. Здесь у всех троих внутри пространства скорость досветовая, но скорость доставки сообщений - сверхсветовая. У меня получалось, что с таким подходом никаких парадоксов нет. Сверхсветовые перемещения есть, а сверхсветовых скоростей и соответственно парадоксов - нет.
И всё-таки, что такое пространство?

Раньше мы до конца не ответили на этот вопрос, согласившись, что суперструны, цепляясь друг за друга "концами", и образуют пространство. А движение по пространству происходит путём передачи суперструнных колебаний между связными струнами.

При этом всё-таки остаётся непонятным:
как именно суперструны цепляются "концами" друг за друга,
"концы" суперструн получается должны стыковаться в каком-то более первичном пространстве (которого быть не должно),
непонятно откуда берётся эффект ЭПР.

Чтобы справится с этими проблемами, придётся предположить, что все суперструны собраны в пучок - находятся в одном месте и лежат точно вдоль друг друга. Но при этом суперструны различаются своими колебаниями. Интерференция этих колебаний порождает как пространственные взаимосвязи, так и различные частицы. Суперструнный пучок при помощи этих двух видов колебаний и порождает видимость нашего пространства и частиц в нём. Поэтому вначале большого взрыва суперструнный пучок был более связан, порождая высокомерное (может даже бесконечномерное) пространство, мерность которого потом упала из-за расхождения колебаний суперструн. При этом эффект ЭПР естественно и элегантно объясняется тем, что все суперструны уже собраны в одном месте и лежат друг вдоль друга, и поэтому коллапс волновой функции проявляется мгновенно в любой точке пространства. Поэтому квантовая вероятность частицы может быть одновременно размазана по всему пространству. Всё происходит от того, что две взаимодействующие суперструны, хоть и проявляются локально, но, тем не менее, размазаны по всему пространству и связаны со всеми остальными суперструнами. Взаимодействие двух суперструн тоже происходит одновременно по всему нашему пространству, хоть и проявляется для нас локально.

Наше пространство - это замечательная иллюзия, не более реальная, чем компьютерная игра. Игра задаётся одномерным массивом битиков, который представляет собой и описание всевозможных пространств, и задаёт правила взаимодействия. Можно зайти в любые дали компьютерной игры, испытать какие угодно приключения, но, тем не менее, так и остаться внутри массива битиков. Этот неприглядный и непонятный массив битиков и есть то первичное, что образует компьютерную вселенную.

Здесь мы уже далеко отошли и от первоначального понятия суперструны, и от классического понятия пространства. Появляются новые вопросы - что такое суперструнный пучок и какой параметр обеспечивает колебания отдельных суперструн, как они интерферируют друг с другом. Но, согласитесь, с таким подходом классическое пространство и квантовая физика выглядят вторичными и выводятся из него. Даже если на сегодня это только смелые идеи. И к счастью, уже есть более простая и проработанная идея насчёт того, что же всё-таки такое наше пространство.
Голографическая вселенная

Голография позволяет по интерференционному рисунку на плоской поверхности воссоздать объёмное изображение. Которое можно рассматривать с разных сторон. Эту идею продолжает голографическая парадигма, разрабатываемая Дэвидом Бомом и его последователями. Голографическая парадигма утверждает, что всё, что происходит внутри нашего пространства можно полностью описать волновыми процессами на плоской (!) границе этого пространства. То есть, зная (плоский!) интерференционный узор на поверхности сферы, мы можем точно рассчитать, что есть и что происходит по внутри сферы, полностью воссоздать её трёхмерный объём.

Тем, кто занимается созданием виртуальных компьютерных миров, этот процесс понятен - чаще всего трёхмерные миры строятся из набора плоских объектов, и реже (из-за огромной вычислительной мощности) моделируются полностью по всему объёму. И даже когда идёт моделирование по всему объёму, есть предел на минимальную частицу, так, что трёхмерный мир укладывается в конечный одномерный битовый массив компьютера.

Остальным можно представит такую аналогию. Капля масла падает на поверхность воды и растекается по ней в небольшое пятно. До бесконечности пятно растекаться не может, потому, что самая простая частица масла (молекула) не может дальше растекаться.

Точно так же и в нашем пространстве есть элементарные частицы, которые описываются конечным набором параметров, и меньше которых уже ничего нет. Поэтому конечный кусок нашего пространства без труда описывается конечным куском плоскости.

Обратите внимание на изначальную нелокальность происходящих процессов! На двумерной мировой поверхности есть только волны, а то что мы видим внутри нашего трёхмерного пространства - это результат их интерференции. Точно так же как несколько больших волн на воде могут породить много мелких интерференционных колебаний, так и волны большего размера на волновой поверхности могут спроецироваться в мелкие элементарные частицы нашего мира, которые обладают поразительными нелокальными эффектами (вроде ЭПР), от того что являются вторичными по отношению к исходным большим волнам.

К похожим принципам приходит и транзакционная квантовая механика. Её суть - существуют вневременные транзакционные процессы, которые за квант нашего времени выполняют бесконечно сложные вычисления, а результат этих вычислений уже проецируется в наше пространство. Вычисления эти уж очень напоминают волновые процессы (простейший аналог - компьютерная заливка в клеточном лабиринте).
Куракин П.В. - Скрытые параметры и скрытое время в квантовой теории

К связи голографической парадигмы и теории суперструн, учёные пришли занимаясь исследованиями чёрных дыр. Как выяснилось, характеристики чёрной дыры полностью определяются процессами, происходящими на её поверхности. А уравнения микроскопических чёрных дыр напоминают уравнения суперструнных частиц, характеристики которых определяются их поверхностями (одномерными струнами или многомерными пи-бранами).

Согласно голографической парадигме, всё в нашем пространстве - и элементарные частицы, и частицы-переносчики поля, и кипение вакуума - всё это проекция интерференционных процессов, происходящих на мировой поверхности. С учётом суперструнной теории, говорящей, что все элементарные частицы и взаимодействия - это только различные колебательные процессы, всё разом становится на свои места. Вся квантовая и классическая физика выводится из суперструнно-голографического объединения, это:
разнообразие элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий,
кипение вакуума и элементарные частицы,
феномен пространства,
корпускулярно-волновой дуализм,
эффект ЭПР.

Не зря Грин сказал, что объединение суперструнной физики и голографической парадигмы приведёт к третьей революции в суперструнной физике, в результате которой теория суперструн из красивой, но сложной и непонятной теории, превратится в прорывную науку третьего тысячелетия.

Ведь сейчас суперструнная физика испытывает огромные сложности, от того что пытается "притянуть за уши" к себе классическое наследие - понимание пространства как самого по себе, квантовые эффекты, суперструнные колебания без учёта вторичных колебаний, порождающих виртуальные частицы и кипение вакуума.

Зато после суперструнно-голографического объединения предыдущая физическая наука станет только следствием, выводящимся из этого объединения, и возможно удалиться на пенсию. Конечно, это ставит новые вопросы, например, что такое мировая поверхность, могут ли в ней быть случайные вопросы, взаимодействует ли она с какими-то другими сущностями. Интересные поправки это вносит и в понимание того, что есть наша реальность и природа сознания и мышления. Но об этом позже, а интересующихся отправляю к книге Талбота "Голографическая вселенная".

Может это объединение внесёт поправку и в идею сверхсветовых путешествий, увидим!
Детерминизм и свобода воли

Отменив квантовую физику, суперструнно-голографическое объединение ставит и другой очень важный вопрос. Когда-то давно в классической физике, когда ещё не было квантовой физики, господствовала идея детерминизма. Это значит, что каждая частица движется по своим, чётко определённым законам. Зная параметры всех частиц на определённое время, можно абсолютно точно рассчитать ход будущих событий на любой момент времени. А главное, это напрочь отрицало свободу воли. Ведь тело человека тоже состоит из материальных частиц. Даже если на практике обсчитать поведение этих частиц невероятно трудно, это всё равно значило, что судьба каждого человека, вплоть до мельчайших подробностей, чётко определена задолго до его рождения. А человек лишь действует как слепой механический автомат, как частица, хоть и с очень сложной, но навсегда определённой траекторией. Никакой души, никаких божественных порывов, лишь только чудовищный детерминизм.

С приходом квантовой физики, детерминизм, казалось, навсегда ушёл в прошлое. Квантовая физика экспериментально подтвердила, что частицы хоть и имеют законы поведения, но только вероятностные. То есть частица может двигаться по расчетной траектории, а может, с небольшой вероятностью сойти с неё. И даже оказаться в другом конце вселенной. Кроме этого, есть гипотезы, что мышление человека основано на квантовых эффектах. Кто управляет квантовыми вероятностями поведения частиц - непонятно. Это вселяло надежду на проявление высших сил и свободы воли.

Но вот, приходит теория суперструн, и говорит, что все квантовые эффекты - это всего лишь следствие интерференционных процессов огромной сложности. Эти процессы могут быть точно просчитаны, зная состояние всех участвующих колебаний. И места случайности опять нет - всё "случайное" кипение вакуума, вероятностное отклонение частиц от траектории, вероятностный коллапс волновой функции - всё это точно определённое следствие взаимодействия огромного числа колебаний на мировой поверхности. Если запустить этот процесс с теми же параметрами заново, то он в точности повторит всё то, что уже было. Получается опять возврат к детерминизму, но уже с новой точки зрения.

Есть объяснение и вероятностному коллапсу волновой функции. Каждая частица (например, электрон), даже если она выглядит для нас полностью одинаково как другие такие частицы (электроны), всё равно является результатом интерференции многих волн на голографической поверхности. Каждая такая интерференция непохожа на любую другую (даже если это тот же тип частиц!) и непрерывно меняется. И любое измерение - это воздействие частицей, которая является результатом такой же переменчивой интерференции. А результат измерения - это третья интерференционная частица, которая и является нашим ощущением. Поэтому для нас измерение (коллапс волновой функции) и выглядит вероятностным, хотя на самом деле это всего лишь результат сложнейших интерференционных взаимодействий на голографической поверхности (см. ещё далее про квантовую гравитацию).

Кто знаком с клеточными автоматами (игра "жизнь"), знает, небольшая случайная затравка на клеточном поле может породить сложные и огромные в своём разнообразии узоры. Алгоритмически нельзя спрогнозировать эволюцию узоров. Но, тем не менее, запустив всё сначала с такой же затравкой, мы получим абсолютно ту же последовательность узоров. Клеточные существа внутри клеточного поля могут производить измерения только такими-же клеточными группами, которые в результате будут давать аналог коллапса волновой функции - интерференцию клеточных узоров.

Поэтому так интересен вопрос о том, что же представляет собой мировая поверхность, могут ли в ней быть случайные процессы, взаимодействует ли эта поверхность с какими-то другими сущностями.

Но с другой стороны, невычислимый детерминизм - это не так уж и плохо. Пусть даже всё в нашем мире предопределено, но утешает то, чтобы рассчитать будущее мира наперёд, нужно иметь устройство, превосходящее по сложности наш мир на многие порядки. И ещё непонятно, можно ли вообще измерить текущее состояние нашего мира даже таким устройством (измерение - невычислительная процедура, которая к тому же разрушит наш мир). Ведь без измерения текущего состояния мы не сможем прогнозировать будущее. Таким образом, нам придётся разве что спросить самое исходное (в нулевой точке) состояние нашего мира у самого Создателя, чтобы задать его в предсказывающее устройство. Да и свобода воли всё равно на месте - ведь всё что мы делаем в этом мире, мы делаем по своей воле, пусть даже в идеальном смысле все наши поступки уже известны и могут быть промоделированы таким невероятно сложным устройством. Причём происхождение нашей воли может быть настолько глубоко впаяно в суть мироздания, что устройство, её моделирующее, принципиально невозможно. В общем, предопределённость за отмазку не катит, ищущий да обрящет!
Альтернативная энергетика

Следующий интересный вопрос - можно ли с этими новыми знаниями, построить энергетику, основанную не на сжигании нефти и газа, не загаживающую природу? Рассмотрим возможность получения даровой энергии. Это не вечный двигатель первого рода (делающий энергию из ничего), это и не вечный двигатель второго рода (основанный на нарушении законов термодинамики).

В какой-то степени и нефть, и газ - это тоже проявления даровой энергии, которая, правда, очень хорошо сконцентрирована и удобна для применения, но встречается далеко не везде. Похожая ситуация и с атомной энергетикой, которая, к тому же небезопасна.

Другие проявления даровой энергии следующие. Это приливы и отливы (солнечные и лунные) - когда Луна, вращаясь вокруг Земли, тянет своим притяжением за собой массу воды. Воду на Земле можно заставить вырабатывать энергию. Только Луна, растрачивая свою энергию на такую работу, теряет свою скорость и рано или поздно упадёт на Землю.

Это ветряные и гидроэлектростанции - здесь Солнце своим тепловым излучением вызывает перемещение масс воздуха и воды, которые можно заставить работать, а Солнце из-за этого когда-нибудь погаснет. Но и такие электростанции не везде можно поставить. Есть и солнечные батареи, но они пока дороги, и мощность их недостаточна для бытового применения.

Есть и более экзотические способы, например использование вращения Земли. Если сделать длинный трос, выходящий на орбиту Земли, то Земля, вращаясь, будет разматывать трос и сама терять скорость вращения, а разматывающийся трос сможет вырабатывать энергию. Пофантазировав, наверняка можно найти применение и магнитному полю Земли (или даже галактическому магнитному полю).

Обратите внимание, что, во-первых, всё находится в динамике, и, во-вторых, если где-то что-то появляется, то в другом месте оно обязательно убывает. То есть, нельзя отщипнуть кусочек гравитационного поля Земли, если ни она сама, ни вокруг неё ничего не вращается. А всё что движется или вращается, в итоге замедляет свою скорость и останавливается. Но самое печальное, все эти способы неудобны для бытового или промышленного применения. Жечь нефть намного проще.

Подумаем, как сделать добывание даровой энергии более удобным и мощным. Самое простое - это использовать вращение. В самом деле, изменить ось вращения сильно раскрученного тела намного труднее, чем не вращающегося. Поэтому, чем сильнее раскручен гироскоп, тем большую энергию он сможет генерировать, за счёт того, что изменяет положение своей оси под действием вращения Земли. Установить такой гироскоп можно в любом месте, один для бытового использования, грядку - для промышленного. Тоже самое можно придумать для улавливания переменных магнитных полей. Непонятно, правда, может ли промышленность изготавливать гироскопы таких мощностей, но с этим принципом можно идти дальше.

Теперь вспоминаем, что современные физики говорят, что в вакууме заключена огромная энергия. Согласно квантовой физике, вакуум "кипит" (в нём возникают флуктуации) за счёт принципа неопределённости. То есть, сколько пришло, столько и ушло, и вроде как из этого нельзя извлечь пользу. Но, теория суперструн вносит поправку - кипение вакуума совсем не случайно. Каждый всплеск вакуума - это отголоски процессов, происходящих по всей вселенной, виртуальные частицы, рождённые полями мощнейших вселенских баталий, простыми аналогами которых являются вращение Луны вокруг Земли. Поэтому утверждение о том, что вакуум содержит в себе гигантскую энергию абсолютно справедливо. Но несправедливо утверждение "сколько пришло, столько и ушло". Не замечаем мы этой энергии, потому что сами живём на верхушке этого океана, образованной усреднённым фоном колебаний. Брать же эту энергию из вселенского океана можно и нужно. Ведь браться она будет не из абстрактного "ничто", а из процессов, протекающих по всей вселенной, которые доступны нам в любой её точке как кипение вакуума. Вопрос теперь в том, чтобы смастерить детекторы энергии из вакуума нужной мощности. Тем более что публикации по этой теме уже проскакивали. И прощай тогда экономика нефтяной трубы!

Может, в будущем придумают способы извлечения энергии из статического гравитационного поля, за счёт, например, процессов распада пространства. Это не противоречит закону сохранения энергии, но требует новых физических знаний, как, например, запустить процесс понижения мерности пространства. Помните, в начале большого взрыва скорость расширения вселенной была на порядки выше из-за процессов понижения мерности пространства? И уж никак не связано добывание энергии из статического гравитационного поля при помощи "особого наполнителя", как заявляют некоторые "изобретатели".

Добывание энергии из вакуума - это не аналог демона Максвелла, который сортирует горячие и холодные молекулы, понижая энтропию нарушая тем самым термодинамику. Наоборот, такое добывания энергии тоже повышает энтропию. Ведь максимальная энтропия (см. далее про квантовую гравитацию) - это или материя, сколлапсировавшая в чёрную дыру, или однородное низкоэнергетическое фотонное излучение. А до такой максимальной энтропии кипящему вакууму ещё далеко. Ведь одно дело холодный фотон, с практически нулевой температурой по Кельвину, и совсем другое дело - бурно кипящий вакуум, флуктуации которого рождают целые частицы! А может мы научимся делать искусственно чёрные мини-дыры, и с их помощью извлекать энергию из любой материи. Отслужив своё (увеличившись в размерах и отдав нам энергию), такая чёрная дыра будет выбрасываться на свалку, куда-нибудь в окрестности центрально-галактической чёрной дыры. Но на самом деле энергии одной крошечной дыры хватит скорее всего для жизни всему человечеству, а отдельные чёрнодырные генераторы понадобятся для более амбициозных проектов, вроде звёздных строек или межгалактических гиперлайнеров.

Интересующимся альтернативной энергетикой рекомендую сайт: http://skif.biz
Что такое время

Что такое пространство, мы более-менее разобрались. Грубо говоря, это величина, которая может меняться в каком-то (может и бесконечном) диапазоне. Причём, может повторно принимать любые значения из этого диапазона. А дальше не так уж важно, что первично - наше трёхмерное пространство или двумерная мировая поверхность, волновые процессы которой проецируют наше трёхмерное пространство. Главное, что математически одно преобразовывается в другое и наоборот.

Другое дело - время. Течёт оно в одном направлении, и обратно пути вроде как нет. А если и есть, то учёные предрекают нам катастрофические парадоксы и последствия от таких путешествий (в духе "а что будет, если убить своего дедушку?").

Одно из определений времени связывают с энтропией, которая есть мера беспорядка. Энтропия (беспорядок) вроде как должен возрастать со временем, но никак не уменьшаться. Другое определение связано с нашим восприятием времени. Из-за того, что энтропия (беспорядок) возрастает со временем, мы не можем помнить будущее, так как помним прошлое, потому что память - явление упорядоченное, поэтому память о прошлом упорядочена, а память о будущем находится в беспорядке, и поэтому мы не помним будущего. Что это за загадочная энтропия (беспорядок) - не совсем понятно.

Есть и ещё одно определение, на основе причинно-следственных связей. На самом деле, такое определение искусственно. Потому что мы в нашем анализе искусственно выделяем причины и следствия, ограничивая их небольшим кругом явлений, изолируя и отделяя от всего остального мира. Мы только полагаем, что вклад остальных явлений на интересующие нас явления невелик! На самом деле это не так, хоть влияние всех происходящих во вселенной явлений и ничтожно мало, но оно есть, и при определённых условиях это "фоновое" влияние оказывается решающим. Правильно определение такое - причиной любого явления являются все (!) происходящие во вселенной явления. Точно так же и это явление вносит вклад во все остальные явления во вселенной. Помните про суперструнный пучок и мировую поверхность? Всё связано со всем, и причины и следствия - это условность, принятая оттого, что в большинстве случаев влияние всех остальных явлений невелико. Подробнее об этом написано у Талбота.

Но самое интересное - это связать время с математическим понятием вычислимости (про понятие вычислимости хорошо написано у Пенроуза). Энтропия, в свою очередь, тоже связана с невычислимостью. Для математически вычислимых явлений можно построить алгоритм, который за конечное число шагов вычислит параметры явления, приняв начальный (даже бесконечный) набор данных. Для невычислимых явлений такой алгоритм принципиально построить нельзя (доказано математически).

Например, мы хотим узнать столкнуться ли две звезды. Для математически вычислимого мира мы сможем построить формулу (алгоритм) который за конечное (пусть даже и бесконечно большое) время даст точный ответ "да" или "нет". Для невычислимого мира, максимум что мы можем сделать - это построить алгоритм (программу), которая точно моделирует (копирует) поведение этого мира. Запустить такую программу, смотреть и ждать. Может когда-нибудь в программе две звезды столкнуться. А если не столкнуться, то даже прождав бесконечность, мы не сможем ответить, столкнуться ли они или будут дальше вечно блуждать не сталкиваясь.

То есть, чтобы точно узнать будущее в невычислимом мире, надо сделать его точную копию, и выполнить моделирование этой копии на некоторое время в будущее. И тогда мы точно узнаем, что в этот момент произойдёт в исходном мире. Задача скопировать весь наш мир пока не реальна, но математически возможна. Но даже если мы сможем делать такие копии, и запускать их на некоторое время вперёд, мы сможем только посмотреть прогноз на некоторое время вперёл. Такая копия не будет способна ответить на вопрос вроде "когда произойдёт определённое событие и произойдёт ли оно вообще?". Всё что мы сможем сделать с такой копией - это ждать, пока в ней наступит нужное событие, может получиться, что ждать вечно, без надежды на успех, даже если научимся за мгновение прокручивать историю скопированного мира на бесконечное время вперёд. Вопрос это не простой для осмысления, за подробностями направляю к Пенроузу.

Теперь как выглядит простая компьютерная модель времени. Вспомним опять клеточные автоматы (игра "жизнь"). Математически доказано, что на клеточном поле нельзя (в общем случае) спрогнозировать появление каких-то узоров или эволюцию клеточного мира. Единственное что можно сделать - запустить этот мир, смотреть и ждать. Конечно, чем меньший кусок мира и меньший промежуток времени мы возьмём, тем точнее мы сможем спрогнозировать события в нашем кусочке. Может показаться, что с ростом вычислительной мощности мы сможем прогнозировать всё больше, а имея компьютер бесконечной мощности сможем спрогнозировать и вовсе весь мир. Но это не так. Теория вычислимости совершенно точно говорит, что даже с бесконечной мощностью компьютера мы не сможем прогнозировать даже конечный и полностью определённый мир. А самое интересное - клеточный мир теряет своё прошлое. Для каждого следующего шага может быть несколько разных значений предыдущего шага, которые приведут к появлению одного и того же следующего шага! Каждый программист хорошо знает, если не использовать всякие логи и дампы, то невозможно определить где в программе была ошибка.

Вполне вероятно, что небольшие воздействия на клеточный мир в прошлом могут иметь незначительные ("шумовые" - различимые только на уровне случайного шума) последствия в будущем, или даже полностью нивелироваться, и привести к точно такому же будущему. Что тоже известно каждому программисту - не важно как именно сработала программа, главное чтобы она выдала тот же результат. Точно так же в настоящем мы видим результат, и можем только догадываться, какая именно альтернатива привела к этому результату.

Вот такая догадка о природе времени. Вполне может быть и супервремя, как глобальная невычислимость, так и локальное время, каждое из которых соответствует своей альтернативной реальности. Например, путешественник во времени перемещается в прошлое, что-то там меняет, и попадает в альтернативную реальность, в которой проявились последствия изменений. Собственное течение времени путешественника можно назвать супервременем, в котором, совершая изменения в локальном прошлом, вызывает переключение альтернативной реальности, в которую он попадёт в будущем. То есть локальное время реальности вторично по отношению к супервремени, в которое путешественник попадает, чтобы переместится в прошлое.

В клеточном мире одному настоящему могут соответствовать различные варианты прошлого, и кроме этого, небольшие изменения в прошлом могут иметь только шумовые (или вообще не иметь) последствия в настоящем. Поэтому и в нашем мире не исключены перемещения во времени, не выходя за пределы нашего мира. Чем дальше событие было в прошлом, или чем дальше оно было от интересующего места, тем меньше будет последствий от его изменений. А раз так, то возможна машина времени, которая чем дальше закинет нас прошлое (или чем дальше от нас самих по расстоянию), тем проще ей это будет сделать. То же касается и качества (масса и упорядоченность) того, что мы перемещаем - одного невооружённого человека перекинуть легче чем много вооружённых людей. То есть, закинуть нас на пару миллионов лет назад без инструментов совсем легко. А вот закинуть нас со снайперской винтовкой на 50 лет назад к своему дедушке - потребуется большая мощность. Или переброска будет некачественной - вместо винтовки получим негодный кусок металла, да и сами забудем о цели нашего перемещения. Может, во времени есть изолированные области, влияние которых на другие минимально, тогда могут быть "щели" между такими областями, и путешествие между ними совсем легко - ведь в них трудно что-то натворить. Может, есть и "щелевые" события - ведь даже для публичного и значимого сейчас события, его влияние на будущее разглаживается, и тогда окажется, что будущее принимало участие в этом событии, не рискуя вызвать парадоксы. Может быть, некоторые тонкие моменты так и остаются до конца не определёнными в наше время. Эти моменты ничего не значат в ближайшем будущем, но в более отдалённом будущем их совместное влияние становится большим. И среди нас действуют агенты из будущего, которые сражаются за эти тонкие моменты, которые проявятся там, в будущем их будущего.

Может быть, машина времени должна будет постоянно работать, проецируя нас в прошлое, и чем больше мы хотим натворить, тем большей мощностью нас должна будет поддержать машина времени. Иначе нас в прошлом никто даже не увидит и не услышит. А если мы захотим изменить что-то глобальное, и у машины времени хватит на это мощности, то и нас, и машину времени, вырвет с корнями и зашвырнёт в какое-нибудь безвременье. Ведь если мы хотим каким-то прибором изменить орбиту Земли, а сам прибор крепится к Земле, то большим воздействием прибор оторвёт от Земли и зашвырнёт в космос, а орбита Земли измениться только чуть-чуть. Так же и машина времени крепится к нашей реальности, и от большого воздействия на реальность может просто оторваться от неё.

Теперь подберёмся к загадке времени с другой стороны. Рассмотрим квантовую природу времени. Как мы уже видели на примере клеточного мира, текущему состоянию может предшествовать много равноправных предыдущих состояний. Причём на текущем шаге никак нельзя узнать, какое именно из этих предыдущих состояний было на самом деле. А если попытаться вести историю таких состояний, то тем самым мы их изменим или разрушим. Не забываем, что мы ведём наблюдение изнутри клеточного мира, и любое наше наблюдение - это воздействие на наблюдаемое явление. В клеточном мире могут быть области, удалённые или изолированные друг от друга так, что события в них протекают независимо, до тех пор, пока области не вступят в контакт. Таким образом получается неопределённость и редукция состояния на уровне разных областей. То же самое есть и в квантовых явлениях, на физическом уровне. С тем отличием, что квантовая частица "размазана" по всему пространству, хоть и проявляется локально. У квантовых частиц тоже есть редукция состояния (коллапс волновой функции), но в отличие от клеточного мира, который находился в определённом состоянии на предыдущем шаге, квантовая частица до редукции состояний находится одновременно во всех состояниях сразу. До тех пор, пока на неё не будет совершено воздействие (наблюдение). Самое замечательное, что много квантовых частиц тоже могут образовывать неопределённое состояние (размазанное - состоящее одновременно из разных возможных состояний), которое редуцирует в одно определённое состояние под внешним воздействием (наблюдением). Воздействия-наблюдения могут быть различными - совсем необязательно, что оно будет всеохватывающим, и редуцирует состояние системы по всем параметрам, часть параметров останется в размазанном виде. И как только воздействие-наблюдение внешнего наблюдателя прекратится, система опять начнёт для него "расплываться". Точнее сказать так - чем меньше наблюдение, тем больше система расплывается для наблюдателя. Причём для какого-то третьего наблюдателя два первых объекта представляют собой точно такую же размазанную квантовую систему, пока этот третий наблюдатель не начнёт их наблюдать. Редукция состояний - явление относительное, здесь для третьего наблюдателя система из первых двух объектов нередуцированна и находится во всех состояниях сразу, в то время как первые два объекта редуцировали свои состояния друг относительно друга. Получается временная нелокальность, которая зависит от связности квантовых систем между собой.

Поэтому, с учётом нелокальности квантовых частиц в пространстве, получается, что могут существовать мириады пластов времени, которые неопределённы друг относительно друга, которые переплетаются между собой, становясь определёнными друг относительно друга, и вновь расходясь в неопределённость. И мы, как сильно связанное друг с другом население планеты, живём практически в едином времени. И нам трудно попасть в своё собственное прошлое, так как по большей части оно редуцировано относительно нас самих. Грубо говоря, отправится на час назад к самому себе не получится, а на час назад в другой город - пожалуйста. Но и в нашем едином времени не исключено существование тонких моментов (щелей времени), которые остаются неопределёнными, но могущими оказать своё влияние в будущем. Такие тонкие моменты скорее всего расширяются в прошлое, ведь чем дальше в прошлом произошло событие, тем сильнее сглаживаются его последствия. А по таким щелям возможно путешествие во времени, где щели потоньше - как бесплотный призрак, где щели побольше - во плоти. И даже возможен такой фантастический сценарий, когда агенты времени проникают в прошлое и ведут борьбу за эти тонкие моменты, которые проявятся в будущем будущего этих агентов (то есть меняют не своё прошлое, а своё будущее, находясь в более глубоком своём прошлом). Не исключено, что можно попадать и в альтернативные ветки прошлого, приведшие (в следствие редукции состояния) к единому будущему. Таких альтернативных прошлых, различающихся не на уровне шума, а существенно, может быть не так уж много. И соответственно машина времени будет фокусировать путешественника на главных деталях, оставляя мелкие детали неопределёнными. Не путайте с альтернативным будущим, это не то же самое! Грубо говоря, в альтернативном прошлом, путешественник из будущего не сможет изменить своё настоящее, парадоксов не бывает. А альтернативное будущее - это где путешественник во времени изменил что-то существенное в прошлом, и в результате попал в другую ветку реальности, изменил своё прошлое и настоящее на момент прибытия обратно.

Здесь мы не затрагивали вопрос о детерминизме и свободе воли. Ведь если детерминизма в нашем мире не существует, то природа времени становится ещё интереснее.

Подведём теперь итог догадкам о природе времени:
энтропия (не помним будущего)
математическая невычислимость (асимметрия прошлого и будущего)
размазанность квантовых систем и редукция состояния (исчезновение прошлого)
Квантовая гравитация Пенроуза и асимметрия времени

Вот ещё вариант объяснения гравитации, асимметрии времени и коллапса волновой функции от Пенроуза. В отличие обстоятельной и более обоснованной теории суперструн, вариант Пенроуза только даёт начальные намёки и ещё ждёт построения целостной теории.

Сначала вкратце что такое фазовое пространство. В фазовом пространстве каждая его точка - это уникальное состояние всех частиц вселенной (отличимое от всех других состояний-точек). Гильбтертово пространство - почти тоже самое, но для квантовых систем, учитывает возможность того, что любые сочетания частиц могут находится в смешанном (взаимно-размазанном) состоянии.

Для нашей вселенной любой компактный кусочек фазового пространства с течением времени сохраняет свой исходный объём, но при этом исходная область, истончается в замысловатые формы и растекается (невычислимым образом!) по большему объёму фазового пространства (при том же исходном объёме). Причём, в подавляющем большинстве случаев, траектории в фазовом пространстве ведут в области с большей энтропией, а объёмы этих областей намного превышают области с меньшей энтропией. Поэтому, начав в любом месте фазового пространства, траектория приведёт нас в область с очень большой энтропией и оставит блуждать там навечно.

Казалось бы ничего такого, но оказывается, большой взрыв, обладал такими особыми условиями (а именно сверхмалой энтропией), что область фазового пространства, соответствующая началу большого взрыва имеет исчезающе малый объём. И этот объём настолько мал, что вероятность того, что из хаотического движения частиц случайно сложится наш мир, намного больше вероятности большого взрыва! (Если верить Пенроузу.)

Наименьшему значению энтропии соответствует начало большого взрыва. Вся остальная эволюция вселенной - это перераспределение и увеличение начальной энтропии. Самая большая энтропия, которой закончит существование наша вселенная - это коллапс материи в чёрные дыры (явление, почти обратное большому взрыву), энтропия чуть поменьше - это тепловая смерть, когда вся материя выродится в низкоэнергетические фотоны (если большого коллапса не будет).

Можно было бы подумать, что большой коллапс - это большой взрыв наоборот. Но это не так. При коллапсе материи в чёрную дыру, внутри чёрной дыры возникают огромные искривления пространства вследствие того, что материя попадает в чёрную дыру неравномерно. Белая дыра - это чёрная дыра наоборот, в которой тоже огромные искривления пространства, но материя наоборот, неравномерно выбрасывается наружу. А в большом взрыве наоборот, распределение материи в начале было хоть и очень плотным, но равномерным, поэтому искривление пространства было очень маленьким. Если бы было не так, то мы бы обнаружили много белых дыр, которые были бы следствием неравномерного выбрасывания материи вследствие большого взрыва. Но на самом деле, большой взрыв был очень равномерным (по другому говоря низкоэнтропийным), а все остальные неравномерности (более высокая энтропия, скопления материи) образовались позже. Поэтому белые дыры являются нарушением термодинамики - в них неравномерная (высокоэнтропийная) материя преобразуется в равномерную (низкоэнтропийную), и поэтому белых дыр (и нарушения термодинамики) мы не наблюдаем.

Следующая мысль Пенроуза в направлении квантовой теории гравитации - это асимметрия во времени. Напомню, что физические законы симметричны во времени, для них стрела времени - что то вроде пространственной координаты, при изменении знака которой, никакие законы не меняются. Исключение здесь энтропия, но и то вследствие особых низкоэнтропийных условий большого взрыва. В начальный момент времени состояние квантовых систем имеет объективное свойство расплываться по всем направлениям. То есть, если состояние системы в начальный момент времени известно, то с течением времени оно становится всё больше и больше размазанным и отличающимся от исходного, а измерение этого состояния даст только одно (вероятностное) состояние из всех возможных, в котором находилась размазанная система. Получается, что в фазовом пространстве исходной точке соответствует не одна траектория, а много разных (вероятностных), объём фазового пространства растёт.

В последующие моменты времени возможен коллапс разных состояний в одно. Так это происходит, например, при падении материи в чёрную дыру, после чего уже ничего нельзя сказать об исходном состоянии материи (оно теряется), похожее происходит при коллапсе волновой функции (редукция состояния). Объём фазового пространства при этом уменьшается.

Причём есть предел на расплывание квантового состояния. Чем больше частиц участвует в расплывшемся состоянии, тем больше суммарная масса системы. При превышении некоторого предела массы этой системы, состояние этой системы начинает объективно и самопроизвольно редуцировать! А происходит это потому, что эта система из-за своей массы уже не может умещаться (проецироваться) целиком на один гравитон. Грубо это можно представить в виде капельки (квантовая система), которая размазана по ячейке (гравитон). Внутри ячейки капелька находится везде, но как только мы повышаем массу капельки (добавляем частицы в размазанную квантовую систему), она перестаёт вмещаться в одну ячейку и выходит на соседние ячейки. А между соседними ячейками она уже не может перемещаться так свободно (состояние частиц становится более определённым). В предельных случаях, когда, например, фотон попадает на сетчатку глаза, масса размазанной системы становится настолько большой, что её состояние становится полностью определённым.

Переход из размазанного в редуцированное состояние может выполнять полезные вычисления, в том числе неалгоритмические! Один из примеров - это рост кристаллов с осью пятого порядка. В таких кристаллах нельзя взять и присоединить атом к кристаллической решётке, просто посмотрев на расположение соседних атомов. Надо смотреть на расположение сразу всех атомов кристалла. Причём перед добавлением следующего атома надо слегка переделать положение всех предыдущих (уже застывших) атомов! Процесс казалось бы невозможный, но в природе такие квазикристаллы (размером в доли миллиметра) встречаются. Одно из возможных объяснений - система атомов находится в достаточно размазанном состоянии (атомы образуют сразу много вариантов различных решёток), при дальнейшем росте системы испытывает коллапс, в результате которого атомы сразу проявляются в виде только одной решётки - самой оптимальной.

Стоит только представить, какие это возможности открывает для квантовых компьютеров, если удастся воспроизводить такие процессы с нужными нам параметрами оптимальности! Базой для таких компьютеров, быть может, будут не атомы, а фотоны (они легче, меньше нежелательная редукция), выстраивающие свои квазикристаллические узоры внутри сверхпроводящих кристаллов. Это вам не современные квантовые компьютеры, в которых с большим трудом совершаются вычисления на системе из нескольких размазанных частиц.

Возможно, те же процессы участвуют и в деятельности нервной системы, мозга. Квантовой размазанности в нейронных каналах может вполне хватить, чтобы образовать множество квантовых состояний, а потом редуцировать в одно из оптимальных за небольшой промежуток времени.

Такой процесс мышления должен иметь некоторый вневременной характер. Ведь когда квантовая система некоторое время пребывает в размазанном-неопределённом состоянии, она всё равно есть! Подробнее читайте об этом у Пенроуза.
Самоуглубление во времени

Вчерашний день, прошлый год, большой взрыв - есть ли они на самом деле? Как мы можем об этом узнать, ведь попасть мы туда уже не можем? А судим только по косвенным свидетельствам, которые отыскиваем (с искажением!) или додумываем сами.

Почему течёт время? Ведь в законах физики никакого такого течения времени нет. Течение времени ощущает только наше сознание, сама природа которого, вполне возможно, носит вневременной характер. А время - лишь удобный способ расстановки объектов в физической реальности.

Быть может существует только отдалённая точка в будущем, а всё прошлое - это выдумка-детализация, пришедшая оттуда, которая в своём стремлении восстановить прошлое его и создаёт. Или это самоуглубление сознания, которое в процессе своего мышления воссоздаёт мир, детализируя от более определённого будущего к менее определённому прошлому. Такая точка зрения не лишена смысла, ведь окончательного ответа на то, что такое время и что такое сознание, до сих пор нет.

Кстати, похожие взгляды есть в буддизме и в некоторых других мировоззрениях. Они считают, что наша реальность - это сон первичного разума, которая дробится на более мелкие детали при её осознании этим самым разумом.
 

Inquisitor

Ословед
Суперструнная физика и голографическая вселенная
Гипердвигатель, машина времени, структура пространства-времени, материя, сознание, интеллект.
О чём это мы?...

Общие положения...
Очень много информации по этому вопросу. В данный момент времени интересуют более точные положения, которые конкретно раскрывают на языке математики главные вопросы теории струн или КТГ.
 

SINHRON

<b><font color="#00ff00">садовод-любитель</font></
Кто имеет дополнительную информацию, или мнение просьба-поделиться)
Небольшое отклонение от темы разговора, в сторону фил.проблем физики приветствуется:megalol:
Посмотреть вложение 379801
В теорию струн невникал, но вроде есть аналогия с описанием виденья Мира в книгах Карлоса кастаньеды:)(если нечитали, то сначало возможно покажится что эт
брет галюционирующего индивида, но проявите терпение и прочитайте все книги)
Поток набегающей информации в силу задержки у перцептивного аппарата к моменту осознавания оказывается "прошлым" мгновением, некоторые могут усиливать восприятие до уровня чтобы ВИДЕТЬ напрямую, и тогда они разварачиваются навстречу потоку-времени, что из этого получается - описано в книгах.
"Линии жизни", "линии Миров" - тянущиеся из бесконечности и в бесконечность, возможность видеть их цеплятся, перескакивать, скользить (исчезая из нашего Мира и оказываясь в других)- все там, в книгах)).
п.с. пардон, за небольшое отклонение от темы:).
 

Sunches Fulmineo

Ословед
Ли Смолин
Неприятности с физикой:
взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует.


Новая книга Ли Смолина "Неприятности с физикой…" эмоционально противоположна восторженному энтузиазму книг Брайана Грина. У современных теорий переднего края (прежде всего, у теории струн) есть немалые проблемы, и честный разговор о них служит этаким ведром холодной воды на горячие головы. Ли Смолин известен как один из отцов-основателей теории петлевой квантовой гравитации – главного конкурента струнного подхода, – а также как автор книг Life of the Cosmos (1997) и Three Roads to Quantum Gravity (2001), в России не издававшихся. Книга местами не проста для осмысления, но весьма информативна. В ней в одном месте собраны самые последние результаты, которые неспециалисту было бы нелегко найти по первоисточникам. В первых трех частях книги оценивается состояние фундаментальной физики под тем углом, что теория струн зашла в тупик, приводятся свежие экспериментальные данные, не находящие объяснения в ее рамках. Четвертая часть посвящена организации (западной) академической науки и социальным причинам стагнации в области фундаментальной физики. Конечно, излагаемые в книге взгляды субъективны и иногда выглядят еретическими. История, как всегда, рассудит.
 

saxn

Ословед
"Через суперструны к звёздам!" А кто автор этого трактата ?
 

Sunches Fulmineo

Ословед
Что было до Большого Взрыва?​

Все факты говорят о том, что Большой Взрыв был-таки. Единственное, что можно спросить для уточнения или для определения более четких границ между физикой и метафизикой, так это что же было до Большого Взрыва?
Физики определяют границы физики описывая их теоретически и потом сравнивая результаты своих предположений с наблюдательными данными. Наша Вселенная, которую мы наблюдаем, очень хорошо описывается как плоское пространство с плотностью, равной критической, темной материей и космологической постоянной, добавленным к наблюдаемому веществу, которая будет расширяться вечно.
Если мы продолжим эту модель назад в прошлое, когда когда Вселенная была очень горячей и очень плотной, доминировало в ней излучение, то необходимо понять физику элементарных частиц, которая работала тогда, при тех плотностях энергии. Понимание физики элементарных частиц с точки зрения экспериментов очень плохо помогают уже при энергиях порядка масштаба электрослабого объединения, и физики-теоретики разрабатывают модели, выходящие за рамки Стандартной Модели физики элементарных частиц, такие, как Теории Большого Объединения, суперсимметричные, струнные модели, квантовая космология.
Такие расширения Стандартной модели необходимы из-за трех серьезных проблем Большого Взрыва:
1. проблема плоскостности
2. проблема горизонта
3. проблема космологических магнитных монополей

Проблема плоскостности

Судя по результатам наблюдений, в нашей Вселенной плотность энергии всего вещества, включая темную материю и космологическую постоянную, с хорошей точностью равна критической, из чего следует, что пространственная кривизна должна быть равна нулю. Из уравнений Эйнштейна следует, что любое отклонение от плоскостности в расширяющейся Вселенной, заполненной только обычным веществом и излучением, только увеличивается с расширением Вселенной. Таким образом, даже очень небольшое отклонение от плоскостности в прошлом должно быть очень большим сейчас. По результатам наблюдений сейчас отклонение от плоскостности (если оно есть) очень мало, то значит в прошлом, на первых стадиях Большого Взрыва оно было еще на много порядков меньше.
Почему Большой Взрыв начался с таким микроскопическим отклонением от плоской геометрии пространства ? Эта проблема называется проблемой плоскостности космологии Большого Взрыва.
Независимо от физики, которая предшествовала Большому Взрыву, она перевела Вселенную в состояние с нулевой пространственной кривизной. Таким образом, физическое описание того, что предшествовало Большому Взрыву, должно решить проблему плоскостности.

Проблема горизонта

Космическое микроволновое излучение представляет собой охлажденные остатки излучения, которое "главенствовало" во Вселенной во время радиационно-доминированной стадии Большого Взрыва. Наблюдения космического микроволнового фонового излучения показывают, что оно удивительно одинаково во всех направлениях, или, как говорят, это очень хорошо изотропное тепловое излучение. Температура этого излучения составляет 2.73 градуса Кельвина. Анизотропия этого излучения очень мала.
Излучение может быть таким однородным только в одном случае - если фотоны очень хорошо "перемешаны", или находятся в тепловом равновесии, посредством столкновений. И это все представляет собой проблему для модели Большого Взрыва. Частицы, которые сталкиваются, не могут передавать информацию со скоростью больше, чем скорость света. Но в расширяющейся Вселенной, в которой мы живем, фотоны, движущиеся со скоростью света, не успевают долететь от одного "края" Вселенной до другого за время, необходимое для формирования наблюдаемой изотропии теплового излучения. Размер горизонта представляет собой расстояние, которое может пройти фотон; Вселенная же при этом расширяется.
Сегодняшний размер горизонта во Вселенной слишком мал для объяснения изотропии реликтового излучения, для того, чтобы она формировалась естественным образом путем перехода в тепловое равновесие. Это и есть проблема горизонта.
Проблема реликтовых магнитных монополей

Когда мы на Земле экспериментируем с магнитами, у них всегда есть два полюса, Северный и Южный. И если разрезать магнит пополам, то в результате не будет у нас магнит с только Северным и магнит с только Южным полюсами. А будут у нас два магнита у каждого из которых будет по два полюса - Северному и Южному.

Магнитным монополем был бы такой магнит, у которого был бы только один полюс. Но магнитных монополей никто никогда не видел. Почему же?
Этот случай довольно сильно отличается от случая электрического заряда, где можно легко разделить заряды на положительный и отрицательный так, что на одном краю будут только положительные, а на другом только отрицательные.
Современные теории типа теорий Большого Объединения, суперструнных теорий предсказывают существование магнитных монополей, а в совокупности с теорией относительности получается, что в процессе Большого Взрыва их должно производиться очень много, настолько, что их плотность может превысить наблюдаемую плотность в тысячу миллиардов раз.
Однако пока экспериментаторы не нашли ни одного.
Это третий мотив искать выход за пределами Большого Взрыва - нам необходимо объяснить, что же происходило во Вселенной когда та была очень маленькой и очень горячей.
Инфляционная Вселенная?​

Вещество и излучение гравитационно притягиваются, так что в максимально симметричном пространстве, заполненном материей, гравитация неизбежно заставит расти и уплотняться любые неоднородности материи. Именно этим путем водород из формы газа перешел в форму звезд и галактик. Но энергия вакуума обладает очень сильным вакуумным давлением, и это давление вакуума сопротивляется гравитационному коллапсу, эффективно действуя как отталкивающая гравитационная сила, антигравитация. Давление вакуума разглаживает неоднородности, и делает пространство более плоским и однородным в процессе расширения.
Таким образом, одним из возможных решений проблемы плоскостности было бы такое, при котором наша Вселенная проходила бы через стадию, на которой доминировала бы плотность энергии вакуума (и, таким образом, его давление). Если эта стадия имела место быть до радиационно-доминированной стадии, то к началу эволюции на радиационно-доминированной стадии Вселенная уже должна была быть плоской с очень высокой степенью, настолько плоской, чтобы после роста возмущений на радиационно-доминированной стадии и стадии доминирования вещества нынешняя плоскостность Вселенной удовлетворяла наблюдательным данным.
Решение проблемы плоскостности такого типа было предложено в 1980г. космологом Аланом Гусом (Alan Guth). Модель же называется Инфляционной Вселенной. В рамках инфляционной модели наша Вселенная в самом начале своей эволюции представляет собой расширяющийся пузырь чистой энергии вакуума, безо всякого иного вещества или излучения. После быстрого периода расширения, или инфляции, и быстрого охлаждения, потенциальная энергия вакуума переходит в кинетическую энергию рождающихся частиц и излучение. Вселенная опять нагревается и мы получаем начало стандартного Большого Взрыва.
Таким образом, инфляционная стадия, предшествовавшая Большому Взрыву, может объяснить, как Большой Взрыв может начаться с такой равной нулю с такой высокой точностью пространственной кривизной, такой, что Вселенная все еще остается плоской.
Инфляционные модели также решают и проблему горизонта. Давление вакуума ускоряет расширение пространства во времени, таким образом, фотон может пройти значительно большее расстояние, нежели во Вселенной, заполненной веществом. Иными словами, сила притяжения, действующая со стороны вещества на свет, в некотором смысле замедляет его, так же, как оно замедляет и расширение пространства. На инфляционной стадии, расширение пространства ускоряется вакуумным давлением космологической постоянной, что приводит к тому, что свет движется быстрее, поскольку и само пространство расширяется быстрее.
Если в истории нашей Вселенной действительно была инфляционная стадия, предшествовавшая радиационно-доминированной стадии, то к концу инфляции свет мог обойти всю Вселенную. Таким образом, изотропия реликтового излучения больше не является проблемой Большого Взрыва.
Инфляционная модель решает также и проблему магнитных монополей, поскольку в теориях, в которых они возникают, должен быть один монополь на пузырь вакуумной энергии. А это означает, что один монополь на всю Вселенную.
Вот почему теория инфляционной Вселенной наиболее популярна среди космологов как теория того, что предшествовало Большому Взрыву.

Как работает инфляция?

Энергия вакуума, которая движет быстрое расширение Вселенной во время инфляционной стадии, берется из скалярного поля, которое появляется в результате спонтанного нарушения симметрии в рамках некоторых обобщенных теорий элементарных частиц, таких, как Теория Великого Объединения или струнная теория.
Это поле иногда называют инфлатоном. Среднее значение инфлатона при температуре T это величина в минимуме его потенциала при температуре T. Положение этого минимума меняется с изменением температуры, как показано на анимации выше.
Для температуры T выше некоторой критической температуры Tcrit, минимумом потенциала будет его ноль. Но при уменьшении температуры потенциал начинает изменяться и появляется второй минимум с ненулевой температурой. Такое поведение называют фазовым переходом, также, как пар охлаждается и конденсируется в воду. Для воды критическая температура Tcrit для этого фазового перехода равна 100 градусов Цельсия что эквивалентно 373 градусам Кельвина.
Два минимума в потенциале отражают две возможные фазы состояния поля инфлатона во Вселенной при температуре, равной критической. Одной фазе отвечает минимум поля f=0, а другая фаза представлена вакуумной энергией если в основном состоянии f=f0.
В соответствии с инфляционной моделью, при критической температуре в пространство-время начинает переходить из одного минимума в другой под действием этого фазового перехода. Но этот процесс неравномерен, и всегда остаются регионы, в которых старый "ложный" вакуум остается еще долгое время. Это называется суперохлаждением, из аналогии с термодинамикой. Эти регионы с ложным вакуумом расширяются экспоненциально быстро и вакуумная энергия этого ложного вакуума является с хорошей точностью постоянной (космологической постоянной) во время этого расширения. Этот процесс и называется инфляцией и именно он и решает проблемы плоскостности, горизонта и монополей.
Этот регион с ложным вакуумом расширяется до тех пор, пока рождающиеся и сливающиеся пузыри новой фазы с f=f0 заполнят всю Вселенную и таким образом не завершат инфляцию естественным образом. Потенциальная энергия вакуума переходит в кинетическую энергию рождающихся частиц и излучение, и Вселенная продолжает эволюционировать согласно модели Большого Взрыва, описанной выше.

Тестируемые предсказания?​

Всегда приятно, когда есть предсказания теории, которые можно непосредственно проверить, и у инфляционной теории есть предсказания по поводу возмущений плотности, которые нашли отражения в космическом микроволновом излучении. Инфляционный пузырь состоит из расширяющегося с ускорением вакуума. В этом ускоряющемся вакууме температурные возмущения скалярного поля очень малы и примерно одинаковы на всех масштабах, поэтому можно сказать, что возмущения имеют Гауссово распределение. Это предсказание удовлетворяет нынешним наблюдательным данным и будет еще более надежно проверено в будущих экспериментах, связанных с реликтовым излучением.

Таким образом, решены все проблемы?​

Но несмотря на предсказания, о которых шла речь выше и их подтверждения, инфляция, описанная выше все еще далека от идеальной теории. Инфляционную стадию не так просто остановить, а проблема монополей поднимается в физике не только в связи с инфляцией. Многие предположения, используемые в теории, такие, как высокая начальная температура первичной фазы или единость инфляционного пузыря вызывают много вопросов и недоумений, так что наравне с инфляцией разрабатываются и альтернативные теории.
Нынешние инфляционные модели уже далеко ушли от изначальных предположений об одной инфляции, которая дала жизнь одной Вселенной. В нынешних инфляционных моделях от "основной" Вселенной могут "отпочковываться" новые Вселенные и уже в них будет происходить инфляция. Такой процесс называют вечной инфляцией.
Но при чем здесь струнная теория, спросите вы? Об этом в следующей части.
 

saxn

Ословед
Две теории, которые в данный момент находятся на переднем рубеже современной науки.Пытаясь понять каждую из них специалист отправляется в увлекательное путешествие , но препятствия которые следуют за ним возможно могут ослабить и усмирить его рвение к тайнам физического мира, в основном проблемы заключаются в неверояно сложном математическом аппарате.:idontno:
Наклёвывается справедливый вопрос: насколько физики близки к цели, и каковы песпективы развития данных теорий?
Кто имеет дополнительную информацию, или мнение просьба-поделиться)

Небольшое отклонение от темы разговора, в сторону фил.проблем физики приветствуется:megalol:
Посмотреть вложение 379801

...физики близки к цели настолько далеко,насколько понятен бред..."Энергия вакуума, которая движет быстрое расширение Вселенной во время инфляционной стадии, берется из скалярного поля, которое появляется в результате спонтанного нарушения симметрии в рамках некоторых обобщенных теорий элементарных частиц, таких, как Теория Великого Объединения или струнная теория."
 

Inquisitor

Ословед
...физики близки к цели настолько далеко,насколько понятен бред..."Энергия вакуума, которая движет быстрое расширение Вселенной во время инфляционной стадии, берется из скалярного поля, которое появляется в результате спонтанного нарушения симметрии в рамках некоторых обобщенных теорий элементарных частиц, таких, как Теория Великого Объединения или струнная теория."

:megalol: и что ты этим хотел сказать?
 
Сверху