„უკანასკნელი ვარსკვლავიც ნელ-ნელა გაცივდება და გაქრება. ამის შემდეგ, სამყარო დიდ სიცარიელედ გადაიქცევა, სინათლის, სიცოცხლისა და მნიშვნელობის გარეშე“.
ასე გვაფრთხილებს ფიზიკოსი ბრაიან კოქსი BBC-ს ახალ სერიალში „სამყარო“. უკანასკნელი ვარსკვლავის გაქრობა მხოლოდ დასაწყისი იქნება უსასრულოდ გრძელი, ბნელი ეპოქისა. მთელ მატერიას საბოლოოდ ვეებერთელა შავი ხვრელები შთანთქავენ, რომლებიც თავის მხრივ, თანდათან აორთქლდებიან.
სივრცე მუდმივად გარე მიმართულებით გაფართოვდება იქამდე, ვიდრე ეს მკრთალი სინათლეც კი იმდენად არ გაიფანტება, რომ ურთიერთქმედება აღარ შეეძლება. აქტივობა შეწყდება.
მართლაც ასე მოხდება? უცნაურია, მაგრამ ზოგიერთი კოსმოლოგის აზრით, ცივი, ბნელი, ცარიელი სამყარო, სწორედ ისეთი, როგორიც ის უშორეს მომავალში იქნება — შეიძლება დიდი აფეთქების წყარო გახდა.
პირველი მატერია
თუმცა, პირველ რიგში განვიხილოთ, როგორ გაჩნდა თავდაპირველად ფიზიკური მატერია. თუ ატომებისა და მოლეკულებისგან შედგენილი სტაბილური მატერიის წარმომავლობის ახსნა გვსურს, გეტყვით, რომ ასეთი რამ დიდი აფეთქების პერიოდში არ არსებობდა, არც შემდეგი ასობით ათასი წლის განმავლობაში.
სინამდვილეში, ძალიან დეტალურად არის გარკვეული, როგორ წარმოიქმნა პირველი ატომები მარტივი ნაწილაკებისგან მას შემდეგ, რაც გარემო საკმარისად გაცივდა იმისათვის, რათა კომპლექსური მატერია სტაბილური ყოფილიყო; ვიცით ისიც, როგორ სინთეზირდა შემდეგში ეს ატომები ვარსკვლავთა წიაღში მძიმე ელემენტებად. თუმცა, ეს ყველაფერი პასუხს ვერ სცემს კითხვას იმის შესახებ, როგორ გაჩნდა რაღაც არაფრისგან.
ამიტომ, გადავინაცვლოთ კიდევ უფრო წარსულში. ნებისმიერი სახის გრძელვადიანი მატერიის პირველი ნაწილაკები პროტონები და ნეიტრონები იყო, რომლებიც ერთობლივად წარმოქმნიან ატომის ბირთვს. ისინი დიდი აფეთქების შემდეგ დაახლოებით წამის მეათიათასედში გაჩნდნენ.
ამ წერტილამდე ნამდვილად არ არსებობდა რაიმე სახის მატერია ჩვენთვის ნაცნობი გაგებით. თუმცა, ფიზიკა ქრონოლოგიაში უკან წასვლის საშუალებას გვაძლევს, იმ ფიზიკურ პროცესებამდე, რომლებიც წინ უსწრებდა ნებისმიერი სახის სტაბილურ მატერიას.
ამას კი მივყავართ ე. წ. დიდი გაერთიანების ეპოქასთან. ამ დროისათვის, ჩვენ სპეკულაციური ფიზიკის სამყაროში ვართ, რადგან ექსპერიმენტებში არ შეგვიძლია იმ რაოდენობის ენერგიის წარმოება, რომ გამოვიკვლიოთ იმ დროს მიმდინარე პროცესები.
თუმცა, დამაჯერებელი ჰიპოთეზა ის გახლავთ, რომ ფიზიკური სამყარო შედგებოდა ხანმოკლე ელემენტარულ ნაწილაკთა „სოუსისგან“ — მათ შორის იყო კვარკები, პროტონებისა და ნეიტრონების სამშენებლო ბლოკები.
დაახლოებით თანაბარი რაოდენობით არსებობდა მატერია და „ანტიმატერია“: მატერიის ყოველ ტიპს მაგალითად კვარკს, აქვს ანტიმატერიის „სარკისებრი გამოსახულების“ კომპანიონი, რომელიც თითქმის მისი იდენტურია და განსხვავდება მხოლოდ ერთი ასპექტით.
მიუხედავად ამისა, ერთმანეთთან შეხვედრისას, მატერია და ანტიმატერია ერთმანეთს ენერგიის გაელვებით ანადგურებს, რაც იმას ნიშნავს, რომ ეს ნაწილაკები მუდმივად იქმნებოდა და ნადგურდებოდა.
მაგრამ როგორ გაჩნდნენ თავიდან ეს ნაწილაკები? ველის კვანტური თეორია გვეუბნება, რომ ვაკუუმიც კი, რომელიც სავარაუდოდ ცარიელ სივრცე-დროს შეესაბამება, სავსეა ფიზიკური აქტივობით, ენერგიის რხევების ფორმაში. ამ რხევებს შეუძლია გააჩინოს ნაწილაკები, მაგრამ ისინი ისევ უცაბედად ქრებიან.
ეს შეიძლება უფრო მათემატიკურ ხრიკს ჰგავდეს, ვიდრე ნამდვილ ფიზიკას, მაგრამ ასეთი ნაწილაკები უთვალავ ექსპერიმენტშია შემჩნეული.
სივრცე-დროის ვაკუუმის მდგომარეობაში ჩქეფს ნაწილაკები, რომლებიც გამუდმებით იქმნება და ნადგურდება, აშკარად „არაფრისგან“. მაგრამ ეს ყველაფერი რეალურად ალბათ იმას გვეუბნება, რომ კვანტური ვაკუუმი რაღაც არის (მიუხედავად სახელისა), ვიდრე არაფერი.
ბევრისთვის ცნობილმა ფილოსოფოსმა დევიდ ალბერტმა საქვეყნოდ გააკრიტიკა დიდი აფეთქება, რომელიც ამ გზით უშვებს რაღაცის მიღებას არაფრისგან.
დავუშვათ და ვიკითხოთ: საიდან გაჩნდა თავად სივრცე-დრო? შემდეგ დროში უფრო უკან წავიდეთ, ნამდვილად უძველეს „პლანკის ეპოქაში“ — სამყაროს ისტორიის იმდენად ადრეულ პერიოდში, რომლის წინაშეც ფიზიკის საუკეთესო თეორიებიც კი უძლურია.
ეს ეპოქა იდგა დიდი აფეთქების შემდეგ მხოლოდ წამის ტრილიონედ ტრილიონედ ტრილიონედ ერთი მეათმილიონედი ხნის განმავლობაში. იმ წერტილში, თავად სივრცე და დრო კვანტური რხევების საგანი გახდა.
როგორც წესი, ფიზიკოსები ცალ-ცალკე მუშაობენ კვანტურ მექანიკასთან, რომელიც ნაწილაკთა მიკროსამყაროს განაგებს და ზოგად ფარდობითობასთან, რომელიც უფრო დიდ, კოსმოსურ მასშტაბებს ერგება. თუმცა, პლანკის ეპოქის ნამდვილად გასაგებად, საჭიროა კვანტური გრავიტაციის თეორიის დასრულება, ამ ორის შერწყმა.
კვანტური გრავიტაციის საუკეთესო თეორია ჯერ კიდევ არ არსებობს, მაგრამ არის მცდელობები — მაგალითად, სიმების თეორია და მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია. ამ მცდელობებში, ჩვეულებრივი სივრცე და დრო, როგორც წესი, განიხილება, როგორც უეცრად გაჩენილი, როგორც ტალღები ღრმა ოკეანის ზედაპირზე.
რასაც ჩვენ სივრცედ და დროდ აღვიქვამთ, იმ კვანტური პროცესების შედეგია, რომლებიც ღრმა, მიკროსკოპულ დონეზე მიმდინარეობს — პროცესები, რომლებსაც ჩვენთვის, როგორც მაკროსკოპულ სამყაროში ფესვგადგმულ არსებათათვის დიდი აზრი არ აქვს.
პლანკის ეპოქაში ირღვევა სივრცისა და დროის ჩვენი ჩვეულებრივი გაგება, შესაბამისად, უკვე აღარ შეგვიძლია დავეყრდნოთ მიზეზისა და შედეგის ჩვენეულ ჩვეულებრივ გაგებას.
მიუხედავად ამისა, კვანტური გრავიტაციის ყველა კანდიდატი თეორია აღწერს რაღაც ფიზიკურს, რომელიც პლანკის ეპოქაში მიმდინარეობდა — ჩვეულებრივი სივრცისა და დროის გარკვეულ კვანტურ წინამორბედს. მაგრამ საიდან გაჩნდა ის?
მაშინაც კი, თუ მიზეზ-შედეგობრიობა ჩვეულებრივი გზით აღარ გამოიყენება, შეიძლება, მაინც შესაძლებელი იყოს პლანკის ეპოქის სამყაროს ერთი კომპონენტის ახსნა მეორის თვალსაზრისით. სამწუხაროდ, ამ დროისათვის, ჩვენი საუკეთესო ფიზიკაც კი სრულიად უძლურია პასუხის მოცემაში. ვიდრე შემდეგი პროგრესი არ გვექნება „ყველაფრის თეორიაში“, რაიმე სახის გადაჭრით პასუხს ვერ მივიღებთ.
უმეტესობა, რაც ამ ეტაპზე გადაჭრით შეგვიძლია ვთქვათ, არის ის, რომ ფიზიკას ჯერ არ უპოვია არაფრისგან რაღაცის წარმოქმნის დადასტურებული შემთხვევები.
ციკლები თითქმის არაფრისგან
იმისათვის, რათა ნამდვილად ვუპასუხოთ კითხვას, თუ როგორ შეიძლება არაფრისგან რაღაც წარმოიქმნას, საჭიროა ავხსნათ მთელი სამყაროს კვანტური მდგომარეობა პლანკის ეპოქის დასაწყისში.
ამის ყოველი მცდელობა ძლიერ სპეკულაციურად რჩება. ზოგიერთი მცდელობა ზებუნებრივ ძალებს მიმართავს, მაგალითად, შემოქმედს. ახსნათა სხვა კანდიდატები ფიზიკის სფეროში რჩება — მაგალითად, მულტისამყარო, რომელიც უსასრულო რაოდენობის პარალელურ სამყაროებს შეიცავს, ანდაც სამყაროს ციკლური მოდელი, დაბადება და შემდეგ ხელახლა დაბადება.
2020 წლის ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიკაში, როჯერ პენროუზი გვთავაზობს ციკლური სამყაროს ერთ დამაინტრიგებელ, მაგრამ საკამათო მოდელს, რომელსაც „კონფორმული ციკლური კოსმოლოგია“ უწოდა.
პენროუზის შთაგონების წყარო გახდა საინტერესო მათემატიკური კავშირი ძალიან ცხელ, მკვრივ, პატარა მდგომარეობაში მყოფ სამყაროს (როგორც ის დიდი აფეთქებისას იყო) და უკიდურესად ცივ, ცარიელ, გაფართოებულ მდგომარეობაში მყოფ სამყაროს შორის (როგორიც ის მომავალში იქნება).
მისი რადიკალური თეორია ამ შესაბამისობის ასახსნელად არის ის, რომ ეს მდგომარეობები მათემატიკურად იდენტური ხდება, როდესაც საკუთარ ზღვრებს მიაღწევენ. რაც არ უნდა პარადოქსულად ჩანდეს, მატერიის სრულმა არარსებობამ შეიძლება წარმოქმნას ყველა ის მატერია, რასაც სამყაროში ვხედავთ.
ამ თვალსაზრისით, დიდი აფეთქება თითქმის არაფრისგან მოხდა. ეს ის არის, რაც მას შემდეგ რჩება, როცა შავი ხვრელები მთელი სამყაროს მატერიას შთანთქავენ, რომელიც თავის მხრივ, შემდეგ ფოტონების სახით გამოიჟონა და სიცარიელეში დაიკარგა.
ამრიგად, მთელი სამყარო წარმოქმნილია რაღაცისგან, რომელიც სხვა ფიზიკური გადმოსახედიდან იმდენად ახლოსაა, რამდენადაც არაფრისგან რაღაცის წარმოქმნა. თუმცა, ეს არაფერი მაინც რაღაცის ნაირსახეობაა. ის ცარიელი, მაგრამ მაინც ფიზიკური სამყაროა.
როგორ შეიძლება, რომ იგივე მდგომარეობა იყოს ცივი, ცარიელი სამყარო ერთი პერსპექტივიდან და ცხელი, მკვრივი სამყარო მეორიდან? პასუხი იმალება კომპლექსურ მათემატიკურ პროცედურაში, რომელსაც „კონფორმულ ხელახალ მასშტაბირებას“ უწოდებენ — გეომეტრიული ტრანსფორმაცია, რომელიც ფაქტობრივად ცვლის ობიექტის ზომას, მაგრამ უცვლელად ტოვებს მის ფორმას.
პენროუზმა აჩვენა, როგორ შეიძლება ასეთი ხელახლა მასშტაბირებით იყოს დაკავშირებული ცივი, მკვრივი მდგომარეობა და ცხელი, მკვრივი მდგომარეობა ისე, რომ ემთხვეოდნენ მათი სივრცე-დროის თვალსაზრისით, მაგრამ არა ზომების.
მართლაც ძნელი აღსაქმელია, როგორ შეიძლება ორი ობიექტი ამ გზით იდენტური იყოს, როდესაც მათ სხვადასხვა ზომები აქვთ, მაგრამ პენროუზი ირწმუნება, რომ ზომა, როგორც კონცეპტი, ასეთ ექსტრემალურ ფიზიკურ გარემოში აზრს კარგავს.
კონფორმულ ციკლურ კოსმოლოგიაში, ახსნის მიმართულება ძველი და ცივიდან ახალგაზრდა და ცხელისკენ მიდის: ცხელი, მკვრივი მდგომარეობა არსებობს ცივი, ცარიელი მდგომარეობის გამო. მაგრამ ეს „გამო“ ის არ არის, რაც გვგონია — მიზეზი, რომელსაც დროში მოჰყვება თავისივე ეფექტი. ამ ექსტრემალურ მდგომარეობაში მხოლოდ ზომა როდი კარგავს რელევანტურობას: ასე ემართება დროსაც.
ცივი, მკვრივი მდგომარეობა და ცხელი, მკვრივი მდგომარეობა სინამდვილეში სხვადასხვა თაიმლაინზე მდებარეობს. ცივი, ცარიელი მდგომარეობა სამუდამოდ უნდა გაგრძელდეს ერთი დამკვირვებლის გადმოსახედიდან მის საკუთარ დროებით გეომეტრიაში, მაგრამ ცხელი, მკვრივი მდგომარეობა, რომელსაც ის წარმოშობს, ეფექტიანად „სახლობს“ ახალ, საკუთარ თაიმლაინში.
ეს შეიძლება დაგვეხმაროს ცივი, ცარიელი მდგომარეობიდან არამიზეზობრივი გზით ცხელი, მკვრივი მდგომარეობის წარმოქმნის გაგებაში. მაგრამ ალბათ უნდა ვთქვათ, რომ ცხელი, მკვრივი მდგომარეობა ჩნდება, მყარდება ან რეალიზდება ცივი, ცარიელი მდგომარეობის მიერ.
ასეთი გახლავთ გამორჩეული მეტაფიზიკური იდეები, რომლებსაც მეცნიერების ფილოსოფოსები ფართოდ იკვლევენ, განსაკუთრებით კვანტური გრავიტაციის კონტექსტში, სადაც როგორც ჩანს, ჩვეულებრივი მიზეზი და შედეგი მოშლილია. ჩვენი ცოდნის საზღვრებში, ფიზიკისა და ფილოსოფიის ერთმანეთისგან გარჩევა რთულია.
ექსპერიმენტული მტკიცებულება?
კონფორმული ციკლური კოსმოლოგია გარკვეულწილად დეტალურ, მაგრამ სპეკულაციურ პასუხებს გვთავაზობს დიდი აფეთქების წარმომავლობის შესახებ. მაგრამ თუ პენროუზის ხედვას კოსმოლოგიის სამომავლო პროგრესი დაეთანხმება, შეიძლება ვიფიქროთ, რომ მაინც არ გვაქვს პასუხი ღრმა ფილოსოფიურ კითხვაზე — საიდან მოდის თავად ფიზიკური რეალობა.
საიდან მოვიდა ციკლების მთელი სისტემა? შემდეგ ვაწყდებით სუფთა კითხვას იმის შესახებ, თუ რატომ არის უფრო რაღაც, ვიდრე არაფერი — მეტაფიზიკის ერთ-ერთ უდიდეს კითხვას.
თუმცა, აქ ჩვენი ფოკუსი მიმართულია ახსნებისკენ, რომლებიც ფიზიკის სფეროს არ სცდება. ციკლების დასაწყისის შესახებ არსებულ ღრმა კითხვაზე არსებობს სამი ფართო ვარიანტი.
შეიძლება, ფიზიკური ახსნა სულაც არ ჰქონდეს. ან შეიძლება დაუსრულებლად განმეორებადი ციკლები იყოს, თითოეული სამყარო თავის საკუთარი წესში, თითოეული სამყაროს საწყისი კვანტური მდგომარეობა აიხსნებოდეს წინა სამყაროს ზოგიერთი მახასიათებლით. შეიძლება იყოს ერთი ციკლიც და ერთი განმეორებადი სამყარო, ამ ციკლის დასაწყისი კი აიხსნებოდეს თავისივე დასასრულის გარკვეული მახასიათებლით.
ბოლო ორი მიდგომა თავს არიდებს რაიმე უმიზეზო მოვლენებს, რაც მათ გამორჩეულ მიმზიდველობას სძენს. ფიზიკის მიერ აუხსნელი არაფერი არ უნდა რჩებოდეს.
პენროუზი ითვალისწინებს დაუსრულებელი ახალი ციკლების მიმდევრობას იმ მიზეზით, რომელიც ნაწილობრივ დაკავშირებულია კვანტური თეორიის თავის საკუთარ, რჩეულ ინტერპრეტაციასთან. კვანტურ მექანიკაში ფიზიკური სისტემა არსებობს ერთდროულად ბევრი სხვადასხვა მდგომარეობის სუპერპოზიციაში და მხოლოდ „ერთს არჩევს“ შემთხვევით, როდესაც მას ვზომავთ.
პენროუზისთვის თითოეული ციკლი მოიცავს შემთხვევით კვანტურ მოვლენებს, რომლებიც სხვადასხვაგვარად ვითარდება — რაც იმას ნიშნავს, რომ თითოეული ციკლი წინასგან და შემდეგისგან განსხვავებული იქნება. ეს კი საკმაოდ კარგი ამბავია ექსპერიმენტულ ფიზიკოსთათვის, რადგან შეიძლება, მცირე ცნობები მოგვცეს იმ ძველ სამყაროზე, რომელმაც ჩვენი წარმოქმნა და ეს უნდა იყოს მკრთალი კვალი ან ანომალიები დიდი აფეთქების ნარჩენ რადიაციაში, რომელიც თანამგზავრმა „პლანკმა“ დააფიქსირა.
პენროუზს და მის თანამოაზრეებს სჯერათ, რომ ეს კვალი შეიძლება უკვე შენიშნეს, პლანკის მონაცემების მახასიათებლებს უკავშირებენ წინა სამყაროს სუპერმასიურ შავ ხვრელთა რადიაციას. თუმცა, მათ ასეთ მოსაზრებას ეჭვქვეშ აყენებენ სხვა ფიზიკოსები.
პენროუზის ხედვის საკვანძო ნაწილია დაუსრულებელი ახალი ციკლები. თუმცა, არსებობს კონფორმული ციკლური კოსმოლოგიის მრავალციკლურიდან ერთციკლიან ფორმად გარდაქმნის ბუნებრივი გზა. მაშინ, ფიზიკური რეალობა შედგება დიდი აფეთქების გარშემო ერთი ციკლისგან, შორეულ მომავალში მაქსიმალურად ცარიელი მდგომარეობით, შემდეგ კი კვლავ ზუსტად იგივე დიდი აფეთქებით, რომელიც დასაბამს დაუდებს ზუსტად იგივე სამყაროს.
ეს შესაძლებლობა შესაბამისობაშია კვანტური მექანიკის კიდევ ერთ ინტერპრეტაციასთან, რომელსაც მრავალსამყაროს ინტერპრეტაციას უწოდებენ. მრავალსამყაროს ინტერპრეტაცია გვეუბნება, რომ სუპერპოზიციაში მყოფი სისტემის ყოველი გაზომვისას, ეს გაზომვა შემთხვევით არ ირჩევს მდგომარეობას. ამის ნაცვლად, გაზომვის შედეგი, რომელსაც ვხედავთ, მხოლოდ ერთი შესაძლებლობაა — ის, რომელიც ჩვენს სამყაროში ხდება.
სხვა გაზომვის შედეგები მულტისამყაროს სხვა სამყაროებში, ჩვენგან მოწყვეტილია. შესაბამისად, არ აქვს მნიშვნელობა, რამდენად მცირეც არ უნდა იყოს შანსი იმისა, რომ რაღაც მოხდეს, თუ მას შანსი ნულზე მეტი აქვს, ის ის გარკვეულ კვანტურ, პარალელურ სამყაროში ხდება.
სხვა სამყაროებში არსებობენ ზუსტად შენნაირი ადამიანები, რომლებიც იგებენ ლატარიას, ან საშინელი ტაიფუნები აწუხებთ, ან მუდმივად გაღიზიანებული არიან, ანდაც სამივეს ერთდროულად განიცდიან.
ზოგს სჯერა, რომ ასეთი პარალელური სამყაროები შეიძლება კოსმოსურ მონაცემებშიც იყოს დაკვირვებადი, სხვა სამყაროს ჩვენთან შეჯახების კვალის გზით.
მრავალსამყაროს კვანტური თეორია კონფორმულ ციკლურ კოსმოლოგიას ახალ ელფერს აძლევს, მაგრამ არა ისეთს, რომელსაც პენროუზი ეთანხმება. ჩვენი დიდი აფეთქება შეიძლება ხელახლა დაბადება იყოს ერთი კვანტური მრავალსამყაროსი, რომელიც უსასრულოდ ბევრ, სხვადასხვაგვარ სამყაროს შეიცავს და ყველას ერთდროულად. ყველაფერი, რაც შესაძლებელია, ხდება — შემდეგ ის კვლავ და კვლავ ხდება.
უძველესი მითი
მეცნიერების ფილოსოფოსთათვის, პენროუზის ხედვა მომაჯადოებელია. ის დიდი აფეთქების ახალ შესაძლებლობებს ხსნის, ჩვენს ახსნებს ჩვეულებრივი მიზეზისა და შედეგის მიღმა სწევს. შესაბამისად, ის დიდებული სატესტო შემთხვევაა იმ სხვადასხვაგვარი გზების საკვლევად, რომლებითაც ფიზიკას შეუძლია ჩვენი სამყაროს ახსნა. ფილოსოფოსთა მხრიდან ის უდავოდ მეტ ყურადღებას იმსახურებს.
პენროუზის ხედვა თვალწარმტაცია მითების მოყვარულთათვისაც. მის რჩეულ მრავალციკლიან ფორმაში, გვპირდება ახალი სამყაროების დაუსრულებლად დაბადებას მათ წინაპართა ფერფლისგან. ერთციკლიან ფორმაში კი საოცარი გამოძახილია ურობოროსების, ანუ გველი-სამყაროების უძველესი იდეისა.
ნორვეგიულ მითოლოგიაში, გველი იორმუნგანდი ლოკისა და გიგანტ ანგრობოდას შვილია. იორმუნგანდი საკუთარ კუდს ჭამს, ამ დროს წარმოქმნილი წრე კი მსოფლიოს ბალანსს უნარჩუნებს. ურობოროსების მითი მთელ მსოფლიოშია დოკუმენტირებული, მათ შორის ძველ ეგვიპტეშიც.
ერთციკლიანი სამყაროს ურობორისი მართლაც დიდებულია. მუცელში ჩვენი სამყარო აქვს, ისევე როგორც ყველა სხვა უცნაური და საოცარი, ალტერნატიული სამყარო, რომელთა შესაძლებლობასაც კვანტური ფიზიკა იძლევა; წერტილში, სადაც მისი თავი კუდს ხვდება, ის სრულიად ცარიელია, მაგრამ ასევე გაედინება ასობით ათასი მილიონ მილიარდ ტრილიონი გრდუსი ცელსიუსი ტემპერატურა.
ვერაფერს იტყვი, თავად ლოკიც კი მოიხიბლებოდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
