Космические отпечатки

Если Вселенная бесконечна, то вероятность существования чего-то, не поддающегося нашему познанию, кажется весьма высокой. Само устройство Вселенной, по-видимому, лишает нас надежды наблюдать такие явления. И все же Вселенная, находящаяся за пределами нашего горизонта видимости, может оставлять отпечатки в той части космоса, которая нам видна.

Если Вселенная конечна, это налагает ограничения на некоторые из возможных резонансов. Представим себе Вселенную в виде огромного резонатора наподобие корпуса моей виолончели. Форма виолончели подобрана так, чтобы резонансные частоты вибраций, возможных в таком корпусе, создавали приятное уху звучание. Собственно говоря, одним из отличий произведения Страдивари от виолончели фабричного изготовления является совершенство формы, которое создает более красивое звучание.

Одна из интригующих проблем, долгое время занимавшая математиков, сводилась к вопросу о возможности восстановления формы резонатора по резонансным частотам волн, вибрирующих в нем. В фундаментальной работе Марка Каца этот вопрос был сформулирован так: «Можно ли услышать форму барабана?»[78] Например, существует особый набор частот, который может возникнуть только в квадрате. Однако в 1992 г. математики Каролин Гордон, Дэвид Уэбб и Скотт Уолперт создали две странные формы, которые имеют одинаковые резонансные частоты, хотя сами эти формы различны[79].

С точки зрения моих поисков края Вселенной, тут интересна возможность узнать от таких резонансов, конечна Вселенная или же бесконечна. Если взять конечный резонатор, то длины волн, которые могут резонировать внутри его, ограничены размером резонатора. Если же пространство бесконечно, такого ограничения быть не должно. В середине 1990-х гг. французский ученый Жан-Пьер Люмине с коллегами исследовали реликтовое излучение, пытаясь установить, какие волны остались после Большого взрыва. Согласно их результатам, в спектре недоставало больших длин волн. Значит ли это, что пространство недостаточно велико, чтобы поддерживать такие волны?

Два барабана с одинаковыми резонансными частотами

Более точные данные космического аппарата «Планк», опубликованные в 2013 г., не подтвердили сведений о недостающих длинах волн, которые свидетельствовали бы о конечности Вселенной. Так что вопрос пока остается открытым. И в этом заключается одна из проблем этой дилеммы: если Вселенная конечна, то мы, возможно, когда-нибудь сможем в этом убедиться; если же она бесконечна, мы обречены навечно оставаться в этом эпистемологическом тупике.

Хотя волны, обнаруживаемые в реликтовом излучении, ничего не говорят нам о том, конечна ли Вселенная, они могут позволить нам оценить ее минимальные размеры. Волны, которые мы можем обнаружить, дают нам реальный шанс заглянуть за наш космический горизонт. Как объяснили в своей статье 1978 г.[80] советские физики Леонид Грищук и Яков Зельдович, некоторые волны могут резонировать, только если резонатор, внутри которого мы находимся, достаточно велик. Патрисия Кастро, Мариан Дуспис и Педро Феррейра, используя обнаружимые резонансы, заключили[81], что Вселенная по меньшей мере в 3900 раз больше видимой нами части пространства.

Другой способ получения сведений о пространстве, находящемся за пределами видимой нами Вселенной, заключается в наблюдении событий, которые могут происходить только под влиянием того, что существует по ту сторону нашего космического горизонта. Например, за ним может быть нечто крупное, притягивающее видные нам галактики и создающее необычные смещения в некоторых областях ночного неба. Хотя мы можем чего-то не видеть, мы тем не менее можем ощущать воздействие таких объектов на то, что мы видим. Именно так мы узнали о существовании темной материи. Гравитационное поведение видимых нами объектов можно объяснить только существованием дополнительной материи. Именно так мы открыли Нептун. Хотя в конце концов мы смогли увидеть его собственными глазами, его существование было сначала предсказано математически, по тому воздействию, которое он оказывает на окружающие планеты. Если за нашим космическим горизонтом существуют объекты, которые мы не можем увидеть, они тем не менее могут протягивать свои гравитационные щупальца внутрь доступного нам мира.

Когда я смотрю на представляющую этот мир бумажную модель Вселенной, стоящую на моем столе, меня поражает то, как мы – люди – становимся все меньше и меньше по сравнению с мирозданием. С тех самых пор, когда человек впервые взглянул в ночное небо, поколение за поколением только и занимается корректировкой нашего чувства масштаба. Сначала казалось, что Земля находится в центре мира. Потом нам пришлось пересмотреть свое положение в космосе, так как выяснилось, что в центре находится Солнце, а Земля – всего лишь одна из планет, обращающихся вокруг этого центра. Еще позже мы поняли, что все остальные звезды тоже могут иметь собственные планеты, а Солнце ютится на краю целой галактики таких звезд. Но потом мы были вынуждены еще раз переосмыслить свое место во Вселенной, чтобы как-то приспособиться к тому обстоятельству, что таких галактик в космосе – миллиарды. Млечный Путь не представляет собой ничего особенного.

Наверное, я бы смог привыкнуть к этим гигантским масштабам, хотя их практически невозможно полностью осознать. Но открытия, сделанные в течение моей жизни, уже после того, как я смирился со своим местом во Вселенной, принесли еще одно расширение горизонтов. Прошлые поколения выяснили, что наша планета – лишь одна из многих; теперь мы, по-видимому, должны признать, что и наша Вселенная может оказаться лишь одной из множества вселенных. Первые намеки на существование этих других вселенных проявились в довольно любопытной загадке, зашифрованной в самых первых фотонах, которые стали летать по нашей собственной Вселенной.