Числа, от ужасно больших до подозрительно маленьких, являются ключом к разгадке таких умопомрачительных явлений, как черные дыры, голографическая истина и проблема космологической постоянной.
Вот небольшое путешествие по самым необычным числам в физике. Которые используются для построения картины того, как устроена Вселенная. К ним относятся число Грэма, настолько большое, что если вы неправильно подумаете о нем, ваша голова рухнет в черную дыру.
Гуголплекс и обширная гуголпликанская вселенная, в которой находится ваш двойник. И 10(-120), измеряя крайне маловероятное равновесие энергии, которое необходимо Вселенной и вам для существования.
Поехали!
0,00000000000000001
Это небольшое число, а маленькие числа выдают что-то неожиданное. Например, если вы плохо поете, вы вряд ли выиграите в певческом конкурсе. Но вы можете сказать, что вероятность того, что выиграете, очень мала.
Бозон Хиггса тоже неожиданный, поэтому его тоже мало. Возможно, вы слышали о бозоне Хиггса. Он попал в новости после того, как был обнаружен в лаборатории физики элементарных частиц в 2012 г. В то время физики возбужденно бегали вокруг. И говорили, что бозон Хиггса был последней частью мозаики частиц, помогающей объяснить происхождение массы во Вселенной.
Чего никто никогда не говорит вам, так это того, что физики элементарных частиц, также чувствовали себя немного пристыженными. Лучшие теории говорили, что бозон Хиггса способен превращаться в другие фундаментальные частицы. Все эти изменения формы должны утяжелить бозон Хиггса настолько, чтобы он весил несколько микрограммов.
Дело в том, что элементарные частицы не имеют такой массы. Хотя теоретически бозон Хиггса должен весить несколько микрограммов, это не так.
Он в 0,00000000000000001 раз легче, и никто не понимает почему. Это пытались объяснить разными способами: рассматривая дополнительные измерения, причудливые суперсимметрии. Это когда мы удваиваем количество частиц в природе. И мы даже пытались разбить бозон Хиггса на крошечные кусочки.
Безрезультатно, потому что эксперименты еще не дали никаких доказательств, объясняющих бозон Хиггса. Тайна остается тайной.
10(-120)
Бозон был неожиданным, но не таким неожиданным, как наша Вселенная. Наша Вселенная описывается очень маленьким числом: 10(-120). Это меньше, чем одна часть в гуголе.
Вселенная расширяется, а это значит, что пространство между галактиками увеличивается. Не потому, что галактики разбегаются друг от друга, а потому, что растет само пространство. И это расширение ускоряется. Что-то давит на вселенную, заставляя ее расти со все возрастающей скоростью.
Большинство физиков считают, что его толкает энергия пустого пространства. Это так называемая энергия вакуума. Энергия, которая остается, когда вы очищаете вселенную от всех звезд, планет, людей и маленьких зеленых человечков.
Вы можете подумать, что что-то настолько пустое не может нести энергию, но это не так. Квантовая механика говорит нам, что вакуум – это живое место, бурлящий бульон из виртуальных частиц, то появляющихся, то исчезающих. Эти частицы утяжеляют вакуум точно так же, как они утяжеляют бозон Хиггса. Они дают вакууму энергию, которая может толкнуть вселенную.
Проблема в том, что она слишком сильна. Когда вы делаете расчет, вы понимаете, что у вакуума должно быть чертовски много энергии. На самом деле энергия настолько велика, что она должна была отправить вселенную в забвение в момент своего рождения. Но этого не произошло.
Вселенная стала большой и старой. Это потому, что истинная энергия вакуума намного меньше, чем мы ожидали. Чтобы восстановить величину космического ускорения, которое мы видим в телескопы, нужно, чтобы энергия вакуума была в 10(-120) раз меньше. Чем теоретическое предсказание.
Гуголплекс
Возможно, вы слышали о гуголе? Это 10 в степени за которой следует сто нулей. Что ж, гуголплекс больше: это десять, за которой следуют гугол-нулей! Чтобы правильно оценить, насколько это велико, рассмотрим вселенную гуголплекс. Это вселенная, которая представляет собой гуголплекс в метрах, дюймах или других земных единицах измерения.
Во вселенной гуголплекса вы найдете кое-что замечательное: двойников. Точные копии меня, тебя и всех, кого вы знаете. И не просто двойников, а реплики, вплоть до квантовой ДНК. Тот же нос, те же волосы, даже те же мысли.
Все это связано с тем, сколько различных способов существует собрать объем пространства размером с человека. Способов сделать это гораздо меньше, чем гуголплекс.
Число Грэма
Подумайте о действительно большом числе и попытайтесь представить его себе. Вы все еще здесь? Если да, то почти наверняка, что вы не думали о числе Грэма. Потому что если бы вы думали, вы были бы мертвы.
Число Грэма большое. На самом деле, долгое время считалось, что это самое большое число, когда-либо появлявшееся в математическом доказательстве. Число Грэма не просто велико, как триллион или даже гуголплекс. Это настоящий левиафан.
Если вы попытаетесь представить его десятичное представление полностью, цифра за цифрой, ваша голова рухнет в черную дыру. Это происходит потому, что в числе Грэма безумное количество информации, а информация весит.
Когда цифры числа Грэма поступают в мозг, они приобретают массу. В конце концов, всего этого так много, что мозг начинает нагреваться и хочет взорваться. Что дальше? Больше цифр, больше информации, больше веса. В конце концов он достигает точки, когда единственным объектом, способным хранить такой большой вес в пространстве размером с его голову, является черная дыра.
Бесконечность
Черная дыра из головы может показаться фантастической, но черные дыры точно реальны. И внутри всех них находится сингулярность. Место, где пространство-время касается бесконечности. Где гравитационное поле выходит из-под контроля.
Именно здесь физический мир, кажется, ломается. И наши уравнения больше не имеют никакого смысла. Вы не просто находите сингулярности внутри черных дыр. Вы также найдете их во время Большого Взрыва, когда проследите Вселенную до начала времен.
Чтобы покорить эти бесконечности, нам нужна квантовая теория гравитации. Способ представить самые сильные гравитационные поля и то, как они взаимодействуют со всем материальным миром в самом маленьком масштабе. Нам нужна теория всего.
Имеется в виду теория, в которой строительными блоками природы являются не частицы, а струны. Крошечные струны, извивающиеся и вибрирующие, составляющие каждого из нас и само пространство-время.
Возможно через эту симфонию струн мы однажды сможем узнать разум Бога.
