Могут ли законы физики объяснить устройство Вселенной?

С огромными масштабами космоса трудно смириться: в одной только нашей Галактике количество звезд составляет примерно 400 миллиардов, а ведь галактик во Вселенной не счесть. Космологи, однако, больше обращают внимание не на цифры – ученые хотят ответить на вопрос о том, как появились все эти звезды и галактики за отведенное им время – 13,8 миллиардов лет. Вот оно – настоящее доисторическое приключение. В конечном итоге жизнь не может развиваться без планет, а планеты – без звезд; звезды, в свою очередь, должны находиться внутри галактик, а галактики не существовали бы без богато структурированной Вселенной, поддерживающей их. Поразительно, но еще совсем недавно казалось, что понять устройство космоса можно с помощью применения небольшого числа физических законов. Вот только целая череда последних научных открытий свидетельствует о том, что Вселенная и ее устройство – намного сложнее и едва ли поддается объяснению.

Законы физики, кажется, не могут объяснить устройство Вселенной. Но почему?

Единый закон Вселенной

Когда-то казалось, что, несмотря на всю необъятность Вселенной, космос можно понять. Все, что для этого нужно – применить жесткие физические законы. Эту идеи впервые сформулировал Исаак Ньютон, показав, как яблоки, падающие с деревьев, и орбиты планет вокруг Солнца возникают под действием одной и той же силы – гравитации.

Такого рода радикальное объединение земных и небесных явлений: сохраняется и сегодня: ученые полагают, что все бесчисленные молекулы, атомы и субатомные частицы в нашей Вселенной подчиняются одному и тому же набору законов. Большинство свидетельств указывают на то, что подобное предположение верно, из чего следует, что совершенствование нашего понимания этих законов разрешит все оставшиеся вопросы о космической истории.

Вселенная расширяется с ускорением, но почему так происходит – неизвестно

Это, однако, логическое заблуждение. Даже если представить, что человечество в конечном счете откроет “теорию всего”, охватывающую все отдельные частицы и взаимодействия, ценность подобного объяснения для самой Вселенной, вероятно, будет незначительной. Так, в ХХ веке, даже когда физика элементарных частиц раскрыла секреты атомов, стало ясно, что поведение частиц невозможно понять, сосредоточившись исключительно на отдельных объектах.

О том, что современная наука (включая физику и космологию) находится в кризисе, вы наверняка знаете. Об этом свидетельствует несоответствие между ведущими физическими теориями – Общей теории относительности (ОТО) и квантовой механике.

Все дело в вычислениях?

Солнечная система может показаться воплощением предсказуемости, а ее долгосрочное будущее неопределенно: в изоляции одна планета вращалась бы вокруг одной звезды бесконечно, но на самом деле планет множество, и каждая из них притягивает, хотя и очень незаметно, другие. Со временем серия крошечных толчков может привести к серьезному эффекту, для прогнозирования которого требуется непомерное количество вычислений.

В какой-то степени компьютеры могут справиться с этой задачей, моделируя коллективный результат путем суммирования индивидуальных воздействий с помощью быстрой и надежной арифметики. Проблема в том, что симуляции не согласуются друг с другом. Некоторые предсказывают, что Солнечная система стабильна, в то время как другие предполагают, что в течение нескольких миллиардов лет Меркурий может столкнуться с Венерой или даже быть выброшен в глубокий космос.

Если даже Солнечная система непредсказуема, попытка понять Вселенную в целом может показаться обреченной

Ученым хорошо известно, что многочисленные моделирования Солнечной системы не могут учесть абсолютно все. По этой причине даже малейшие изменения и разногласия приводят к совершенно иным результатам. Иными словами, все наши попытки смоделировать и предсказать будущее как отдельной звездной системы, так и целой Вселенной хаотичны.

Хаос показывает, что планетные системы могут вести себя иначе и непредсказуемо, чем может предполагать холодный, безжизненный закон всемирного тяготения. Однако если даже Солнечная система хаотична и непредсказуема, то можем ли мы вообще понять и объяснить устройство Вселенной и мироздания? Неужели все наши попытки разобраться в происходящем обречены на провал?

Можно ли понять Вселенную?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим галактики, которые в среднем в десятки миллионов раз больше по протяженности, чем Солнечная система, и чрезвычайно разнообразны по своим формам, цветам и размерам. Понимание того, как галактики стали такими разнообразными, требует от ученых, как минимум, знания того, как и где внутри них образовались звезды.

Однако звездообразование – тоже хаотичный процесс, в ходе которого рассеянные облака водорода и гелия медленно конденсируются под действием силы тяжести, и ни один компьютер даже близко не в состоянии отследить все необходимые атомы. Но даже если бы вычисления были выполнимы, хаос в любом случае увеличил бы малейшие неопределенности, лишив нас возможности получить окончательный ответ.

Ну а если бы мы строго придерживались традиционных законов физики в качестве объяснения галактик, то это был бы конец пути.

Вселенная – место странное и таинственное

Чтобы поместиться в компьютерах, моделирование формирования галактики должно объединить огромное количество молекул, описывая, как они массово движутся, давят друг на друга, переносят энергию, реагируют на свет и излучение и так далее, и все это без явного упоминания бесчисленных индивидуумов внутри. Это требует от нас творческого подхода, поиска способов описания сути множества различных процессов, позволяющих достичь различных результатов, не зацикливаясь на деталях, которые в любом случае непостижимы.

Имеющиеся расчеты основаны на экстраполяциях, компромиссах и всесторонних предположениях, разработанных экспертами. Неопределенные части охватывают не только звезды, но и черные дыры, магнитные поля, космические лучи и все еще не понятые “темную материю” и “темную энергию”, которые, по-видимому, управляют общей структурой Вселенной.

Мы слишком мало знаем о Вселенной и ее обитателях

Это никогда не приведет к созданию буквальной цифровой копии вселенной, в которой мы обитаем. Такое воссоздание так же невозможно, как и точный прогноз будущего Солнечной системы. Но моделирование, основанное даже на неточных описаниях и наилучших предположениях, может служить ориентиром, подсказывая, как галактики могли эволюционировать с течением времени, позволяя нам интерпретировать результаты, полученные с помощью все более совершенных телескопов, и подсказывая, как узнать больше.

В конечном итоге, галактики меньше похожи на машины и больше на животных – непонятные, полезные для изучения, но лишь частично предсказуемые. Принятие этого требует от нас иного подхода и восприятия Вселенной, однако именно это делает наше видение Вселенной богаче и интереснее.

hi-news

Опубликовано на сайте: 2023-08-27