Материал с сайта all-andorra.com Рубрика "Современная наука с Иваном Степаняном"
Мы привыкли думать, что главная загадка Вселенной – это тёмная материя или чёрные дыры. Но есть еще вопрос, на который мы до сих пор не знаем ответа: почему вокруг так много фотонов и так мало протонов (т.е. частиц, из которых состоим все мы)?
Представьте себе пляж. Количество песчинок (допустим, это наши фотоны) огромно. А количество людей на этом пляже (допустим, это привычное нам вещество) – в миллиарды раз меньше. Более того, если вы пройдёте весь пляж до самого горизонта, соотношение «песчинка/человек» совершенно не изменится. Санкт-Петербургский философ и исследователь Максим Годарев-Лозовский предложил смелую гипотезу, которая объясняет этот космический «перекос». И причина здесь не в физике, а в … теории множеств – разделе математики, изучающем бесконечность.
Секрет кроется в типах бесконечности. Со студенческой скамьи мы помним, что бесконечность бывает разной. Множество натуральных чисел (1,2,3…) – это счётная бесконечность. А вот точек на отрезке числовой прямой – это уже несчётная бесконечность (континуум). Автор гипотезы предлагает взглянуть на Вселенную как на гигантский математический объект, где у каждого типа частиц – своя «мощность» (то есть свой «размер бесконечности»):
Вещество и антивещество (протоны, электроны и их античастицы). Согласно гипотезе, их бесконечное множество – счётное. Это как натуральные числа: их бесконечно много, но у каждого числа свой порядковый номер. И, что важно, множества частиц вещества и античастиц антивещества во всей бесконечной Вселенной одинаковы – частицы и античастицы симметричны в силу собственной физической природы. Также как взаимно однозначно соответствуют друг другу, в силу своей математической природы, целые положительные и целые отрицательные числа на числовой прямой.
Фотоны (в т.ч. частицы света). Вот тут начинается самое интересное. В любом конечном объёме космоса фотонов гораздо больше, чем частиц вещества – примерно в полтора миллиарда раз. Но почему это соотношение остаётся неизменным, сколько бы пространства мы ни охватили? Автор утверждает: потому что за этими конечными количествами стоят бесконечные множества разной природы. Множество всех фотонов в бесконечной Вселенной обладает промежуточной несчётной мощностью – больше, чем счётная бесконечность натуральных чисел, но меньше, чем мощность континуума (несчётная бесконечность всех точек на прямой).
Мировая среда-носитель (сама ткань физической реальности). Её мощность достигает мощности континуума.
Что из этого следует? Три удивительных предсказания. Гипотеза не просто красиво раскладывает типы бесконечностей по полочкам. Она делает конкретные предсказания о том, как устроен наш мир.
1. Если Вселенная бесконечна и вещество с антивеществом «равномощны» (как чётные и нечётные числа), то в очень-очень больших масштабах их количество должно очень постепенно выравниваться.
-
Сейчас, в наблюдаемой части Вселенной, мы видим практически одно вещество, а антивещества почти нет.
-
Но это так, как если бы вы взяли горсть песка с пляжа и не нашли в ней ни одного чёрного зёрнышка. Пройдите километр – и чёрные зёрнышки обязательно появятся. Так и здесь: мысленно расширяя границы наблюдения, мы должны заметить, что доля антивещества постепенно приближается к 50%. Этот процесс называется «статистическим усреднением».
2. А вот отношение количества фотонов к количеству частиц вещества останется неизменным, сколько бы пространства мы ни охватили. Почему? Потому что это отношение двух разных по природе бесконечностей: счётной (вещество) и промежуточной (фотоны). Их «масштабы» несопоставимы в принципе. Вы можете увеличивать объём наблюдения до бесконечности, но разрыв не сократится – это свойство заложено в самих основаниях математики.
3. То самое микроволновое излучение, которое открыли ещё в XX веке, с точки зрения нерелятивистской космологии – это не «эхо Большого взрыва», но излучение межгалактического вещества и доказательство бесконечности Вселенной. Фотоны микроволнового фона – это подавляющая часть всех фотонов в целом. Постоянство плотности частиц микроволнового излучения и его неизменное соотношение с плотностью частиц вещества – лучший эмпирический аргумент в пользу того, что перед нами не случайность, а фундаментальное свойство актуально бесконечной Вселенной.
Гипотеза М. Годарева-Лозовского предлагает нам взглянуть на космос не как на физический объект, а как на математическую структуру, где у всего есть своё место в иерархии бесконечностей. Образно говоря: вещество и антивещество – это две бесконечные, но нумеруемые очереди. А фотоны – это безликая толпа, которая не поддаётся пересчёту, но при этом не заполняет собой всё пространство целиком. И именно разная «природа» этих множеств объясняет: почему вокруг нас так много фотонов и почему, расширяя границы познания, мы когда-нибудь, возможно, встретим целые галактики из антивещества. Конечно, это пока лишь гипотеза. Но она красива тем, что проверяема. Будущие телескопы, способные заглянуть в сверхдальние уголки Вселенной, должны подтвердить: соотношение вещества и антивещества действительно начинает очень-очень медленно, но выравниваться. А соотношение вещества и фотонов при этом останется неизменным. И когда это будет обнаружено, тогда математика станет ключом к одной из самых больших тайн в космологии.