Ученые говорят, что Вселенная состоит из крошечных пузырьков, содержащих мини-вселенные

По сути, вновь возникшая общая теория относительности Эйнштейна не работала, когда она использовалась для описания вселенной в целом. Общая теория относительности описывала «геометрию» пространства-времени как поверхность, похожую на натянутый батут; планеты - это тяжелые шары для боулинга, которые искажают поверхность, создавая изгибы. Если бы менее тяжелый шар (например, мраморный шарик) был помещен рядом с шаром для боулинга, он катился бы по поверхности точно так же, как движутся планеты на орбите. Таким образом, орбиты объясняются не гравитационной «силой», а искривлением в пространстве-времени.

Эта проекция работает при рассмотрении небольших областей пространства-времени. Но когда Эйнштейн применил ее ко всей вселенной, его предсказания не соответствовали факту. Тогда, Эйнштейн ввел «космологическую постоянную», фиксированное значение, которое представляет собой своего рода антигравитацию, антимассу и антиэнергию, противодействующие эффектам гравитации. Но после того, как ученые обнаружили, что Вселенная расширяется, а не статична, как полагал Эйнштейн, космологическая постоянная была «обнулена» и более или менее игнорировалась. Но потом мы узнали, что расширение Вселенной ускоряется, и уже после этого ученым стало невозможно игнорировать антигравитационное предположение Эйнштейна.

То, что раньше считалось пустым пространством во вселенной, теперь должно было быть заполнено огромным количеством таинственной анти-энергии, чтобы объяснить наблюдения за постоянно ускоряющимся расширением вселенной. Несмотря на это, наблюдения за расширением вселенной предполагают, что эта энергия на 60–120 порядков ниже, чем предсказывает относительно новая квантовая теория поля.

Это означает, что вся эта дополнительная энергия почему-то отсутствует, когда мы смотрим на вселенную в целом; либо она эффективно скрыта, либо по своей природе очень отличается от той энергии, о которой мы знаем.

Сегодня физики-теоретики пытаются примирить эти загадки, исследуя структуру так называемого «пространства-времени» во вселенной в наименьшем возможном масштабе, с удивительными догадками: пространство-время может быть не батутоподобной плоскостью, как когда-то предполагали ученые, а это может быть пенистый беспорядок пузырьков, каждый из которых содержит мини-вселенные, живущие и умирающие внутри нашей собственной.

«Существует так много разных предложений [для решения проблемы космологической постоянной], и хорошим знаком для моего исследования является то, что ни одно из них не очень широко принято», - заявил Карлип в интервью. «Я подумал, что стоит искать подход, который был бы менее специальным, который мог бы исходить из того, что мы знали или подозревали из чего-то еще».

Идея состоит в том, что в этой пространственно-временной пене каждая точка в пространстве-времени имеет огромное количество энергии вакуума - состояния с наименьшей энергией, эквивалентной «пустому пространству» - предсказанного квантовой теорией, но которое ведет себя иначе, чем в других точках. Для любого конкретного способа, которым ведет себя точка в пространстве-времени, в другой точке в пространстве-времени, вероятно, есть точно такая же с противоположным поведением. Это особенность пены пространства-времени, которая «нейтрализует» избыточную энергию и расширение в микроскопических масштабах, что в итоге приводит к снижению энергии, которую мы наблюдаем в масштабе всей вселенной.

Чтобы это работало, нужно предположить, что на квантовом уровне времени не свойственно «направление». Другими словами, нет «стрелы времени» - движения времени в одном единственно возможном направлении. По словам Карлипа, в квантовом мире это не такое уж дикое предположение. «Большинство физиков согласятся, что на фундаментальном уровне мы не знаем, почему вообще есть стрела времени», - сказал он. - «Идея о том, что она как-то «проявляется» только в больших масштабах, существует уже давно».

Карлип называет пространственно-временную пену «сложной микроскопической структурой». Ее почти можно представить себе как расширяющуюся вселенную, образованную крошечными расширяющимися и сжимающимися вселенными в каждой точке пространства-времени. Карлип считает, что, возможно, с течением времени каждая расширяющаяся область пространства-времени производит сложную структуру, и они сами заполнены крошечными вселенными в каждой точке.

Другое новое исследование, опубликованная в августе 2019 года, более подробно исследует этот сценарий. Авторы Цинди Ван (Qingdi Wang) и Уильям Дж. Унру (William G. Unruh) из Университета Британской Колумбии (University of British Columbia) предполагают, что каждая точка в пространстве-времени циклически изменяется и расширяется, подобно крошечным версиям нашей вселенной. Они говорят, что каждая точка в пространстве-времени - это «микроциклическая вселенная», бесконечно движущаяся от сингулярности к Большому взрыву и, наконец, разрушающаяся снова и снова.