Исаев Александр Васильевич

ВСЕЛЕННАЯ - это просто, как раз-два-три...

Что такое наша Вселенная? Самый общий ответ на этот вопрос дает захватывающая наука под названием космология, основу которой составляет математика ("царица" всех наук), физика и астрономия. Именно космология позволяет нам мысленно представить предельно простую "модель" Вселенной (для непосвященных читателей).

Для начала представьте себе космический вакуум, плотность которого - меньше, чем 1 атома водорода на куб пространства со стороной 3 м (проще говоря, менее одного атома в маленькой комнате - это почти пустота!). Сразу заметим, что на долю атомов водорода и гелия (самых "простых" и легких атомов) приходится 99,9% видимого вещества во Вселенной (межгалактический газ, звезды и прочее). Именно видимого, поскольку в самом конце ХХ века ученые "вдруг" обнаружили, что они "видят" лишь... 4% от всего состава Вселенной, а 96% (!) - никто до сих пор не видел. При этом ученые стали полагать, что 96% - это так называемые  темная энергия и темная материя, о которых мало что известно.

Однако мы вернемся к построению нашей "модели" Вселенной.

Представьте, что указанный вакуум заполняет собой всю сферу, которая будет символизировать видимую Вселенную (в части её объема, ведь реальная Вселенная - это не обязательно сфера). Радиус такой сферы около 130.086.000.000.000.000.000.000.000 метров, то есть, грубо говоря, это единица с 26-ю нулями или, говоря по-научному, радиус Вселенной - это порядка 10 в 26-й степени метров, то есть число 10 надо умножить на самое себя 26 раз. В науке это число  записывается, скажем, так (просто для удобства записи): радиус Вселенной = 10^26 м.

"Внутри" Вселенной (внутри указанной сферы) в космический вакуум "погружено" до триллиона галактик (это 1.000.000.000.000 = 10^12 галактик). Галактики - это основные структурные единицы Вселенной и одни из самых красивейших видимых (в телескопы) объектов, которые поражают своим многообразием размеров, свойств, характеристик и т.д.

Наша Галактика (здесь слово "галактика" стало именем собственным, поэтому пишем с большой буквы) - это галактика, в которой находится наше Солнце (весьма заурядная звезда, каких очень много в Галактике), а уже вокруг Солнца вращается наша Земля вместе с другими планетами Солнечной системы. Кстати, по своим размерам наша Галактика - одна из самых крупных галактик во Вселенной.

Чтобы наглядней представить себе галактики (и их звезды) - мы мысленно уменьшим Вселенную до размеров... нашей Земли, являющейся почти шаром с диаметром 12.742.060 м. При таком уменьшении (Вселенной до размеров Земли) наша гигантская Галактика имела бы диаметр лишь... 46 метров, а толщину - в 100 раз меньше (46 сантиметров). То есть Галактика похожа на тонкий "блин" (из звёзд, см. ниже). Заметим, что большинство прочих галактик во Вселенной - это также "блины" (из звёзд), но только меньших размеров, то есть меньше 46 метров в масштабе выбранной нами "модели" Вселенной.

Так вот, можно утверждать, что размеры Галактики по сравнению с размерами всей Вселенной - это, практически,... ничто, и данный факт становится наглядным в нашей "модели" Вселенной. Ведь, например, из летящего в небе авиалайнера (на высоте, скажем, 10 км) мы едва различим на поверхности Земли 46-метровый объект (нашу "Галактику") - из иллюминатора самолета мы увидим лишь крохотную, едва заметную "точку".

В масштабе нашей "модели" Вселенной средняя плотность расположения галактик в космическом вакууме такова, что на каждую галактику ("блин" до 46 м в диаметре) приходится условное сферическое пространство (космического вакуума) с радиусом от 700 до 1400 метров, то есть галактикам во Вселенной было бы весьма... "просторно". Однако, на самом деле, галактикам "нравится" образовывать скопления галактик (и даже сверхскопления), в которых галактики находятся гораздо ближе друг к другу, чем в нашей усредненной "модели" Вселенной. Можно считать, что в скоплениях галактик расстояния между галактиками, вообще говоря, сравнимы с размерами галактик. Скопления галактик приводят к тому, что во Вселенной (в отличие от нашей "модели") есть колоссальные по объёмам "пустоты" без видимых объектов (галактик и всего прочего). Вероятно, это можно сравнить (по объемам) с тем, как цветущая биосфера на Земле образует не более чем тонкую "пленку жизни" на земной коре, а основная "физика" Земли скрыта в её недрах (так и 96% всей Вселенной скрыта от наших глаз и технических средств).    

По своей форме галактики - это, как правило, "блины-острова" (бывают "шары" и прочие формы) из самых разнообразных звёзд. Все эти звёзды удерживаются между собой гравитационной силой. Эта же сила закручивает все звёзды в бесконечное вращение вокруг центра (своей) галактики. Самые крупные галактики (такие как наша Галактика) содержат до триллиона звезд (и столько же галактик насчитывается в видимой нами Вселенной - удивительное совпадение, не правда ли!). Повторяю, что наше Солнце - это самая заурядная звезда, массой которой около 1.989.000.000.000.000.000.000.000.000.000 кг (то есть порядка 10^30 кг), а диаметр Солнца - 1.391.980.000 м, что в 109 раз больше диаметра Земли. Земля на фоне Солнца - это что-то вроде крупной горошинки на фоне метрового шара.

И если в нашей "модели" Вселенной крупнейшая Галактика - это 46-метровый "блин", то в таком масштабе Солнце будет иметь размер всего лишь с... атом, условный диаметр которого - 0,000.000.07 миллиметра. То есть в нашей "модели" гигантское Солнце если и можно разглядеть, то разве что в электронный микроскоп? Ясно, что о размерах Земли и прочих планет в нашей "модели" вообще нет смысла говорить (они ничтожно малы).

А вот расстояние от Солнца до ближайшей звезды в нашей "модели" имеет вполне зримую величину - около 2 миллиметров (в реальности - 4 световых года, то есть световые фотоны это расстояние пройдут за 4 земных года). Вообще же в нашей "модели" средняя плотность расположения звёзд в Галактике такова, что на каждую нашу "звезду" (размером с атом) приходится условное сферическое пространство (космического вакуума) с радиусом 0,6 миллиметра. Таким образом, звёздам в нашей Галактике (в нашей усредненной "модели") гораздо "просторней", чем галактикам во Вселенной (уменьшенной до размеров Земли). Таким образом, в нашей "модели" галактики - это "острова", светящиеся тусклым, едва различимым светом, исходящим от мириады, мириады и мириады звезд, которых невооруженным глазом даже и не разглядеть.

Благодаря техническому прогрессу (в том числе в части телескопов) в ХI веке астрономы уже могут смело утверждать, что вокруг большинства других звезд (в большинстве галактик) также вращаются свои планетные системы - так называемые экзопланеты (т.е. "внешние" планеты, далеко за пределами нашей Солнечной системы). И на некоторых из них (во многом похожих на нашу Землю) так же могут жить разумные существа. Причём они просто обязаны (по законам физики) быть близки к нам по своим размерам: от десятков сантиметров - до нескольких метров. Говоря по научному, размеры разумных существ во Вселенной обязаны быть порядка метра, и в этом смысле метр, вероятно, может оказаться значимой единицей измерения для всех уголков Вселенной (и для других цивилизаций на экзопланетах).   

А теперь мы перейдем к рассмотрению главной "начинки" нашей Вселенной, то есть того, что составляет её "фундамент" (разумеется, с точки зрения теоретической физики).

В масштабах, характерных для человека (это масштабы порядка метра), Вселенная имеет три пространственных измерения (условно говоря, это "длина", "ширина" и "высота" комнаты, в которой Вы сейчас находитесь) и одно временное измерение, которое абсолютно равноправно пространственным измерениям. С точки зрения математики (а это - единственный "язык", лежащий в основе всех точных наук) описания пространства и времени оказались очень похожими, более того, в действительности это две стороны одной единственной структуры, именуемой "пространство-время". Причём в современной физике (в квантовой теории) пространству и времени отводится центральная роль (образно говоря, именно пространство-время - это и есть главная "начинка" Вселенной, её фундамент). Существуют даже гипотезы, где вещество (в том числе и мы с Вами, уважаемый читатель) рассматривается не более как... возмущение этой основной структуры. Но столь парадоксальные утверждения теперь не должны удивлять читателя, ведь выше приведенные цифры (при нашем "моделировании" Вселенной) позволяют дотошному читателю самому получить важнейший космологический параметр Вселенной - плотность видимого вещества, которая примерно равна 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.1 грамм в кубическом сантиметре (порядка 10 в "минус" 31-й степени, то есть 10^-31 г/куб.см). Вот почему наша Вселенная (всё видимое нами мироздание) - это, в некотором смысле, действительно, почти "пустое" пространство-время! Поэтому главная задача теоретической физики (её основополагающих теорий, в том числе, скажем, и теории струн) - создать математическую модель пространства-времени (МПВ), которая описывает "фундамент" мироздания (его главную "начинку"). Причём в своих теориях физики уже доказали, что при описании "фундамента" мироздания нельзя обойтись без так называемых планковских величин (по имени немецкого физика Макса Планка), к которым в том числе относятся следующие две фундаментальные физические постоянные (константы):

1). Планковская длина (или элементарная длина), равная 10^-35 метра, то есть

0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.016.162.52 метра. Представить столь малый размер невозможно, но здесь уместны некие аналогии, например, если (мизерный) атом увеличить до размеров (колоссальной) Вселенной, то тогда планковская длина станет равной высоте... среднего дерева. Наука предсказывает, что невозможно никакое измерение с точностью, которая превосходит планковскую длину.

2). Планковское время (элементарный временной интервал), равный 10^-44 секунды,

то есть 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.053.912.1 секунды. Именно за такое время фотоны (кванты) света, двигаясь с максимально возможной во Вселенной скоростью (скоростью света), проходят планковскую длину. Можно также сказать, что планковское время - это наименьший миг времени, который требуется для протекания любого мыслимого физического события. Традиционное (в современной теоретической физике) представление о пространстве-времени неприменимо на расстояниях меньше планковской длины или для промежутков времени меньше, чем планковское время.

Самое мизерное, что ещё способен "уловить" наш глаз - это, скажем, сотая часть (1/100) миллиметра: 0,01 мм = 0,00001 метра (10^-5 м). А вот предельная "глубина" проникновения ученых-экспериментаторов в микромир на сегодня оценивается как 10 в "минус" 18-й степени метра (10^-18 - такое число называют аттометром) - это комптоновская длина волны частицы, разогнанной в самом мощном из современных ускорителей. То есть, всё, что происходит в природе (в микромире) на расстояниях меньше аттометра - ученым наблюдать пока не дано (нет таких приборов). Однако физики-теоретики уже почти не сомневаются, что на уровне планковских величин время перестает быть "плавным и непрерывным" - это всего лишь... иллюзия человеческого восприятия времени! На самом глубоком уровне рассмотрения - на уровне "фундамента" мироздания (на уровне планковских величин) - время уже имеет... дискретную ("зернистую") структуру! Причем, вполне вероятно, что самое простое представление о дискретности нам дает ряд натуральных чисел: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ... - это целые положительные числа, идущие до бесконечности, и нуль (ноль), в принципе, можно включать в этот ряд (но это уже отдельный разговор).

Время выглядит для нас (людей), как непрерывное ("гладкое"), без всякого намёка на его дискрет­ность (зернистость) лишь только потому, что аттометр (ещё доступный физикам в экспериментах) превышает планковскую длину в десять в 17-й степени раз (10^17 - гигантское соотношение!). Для сравнения: даже пролетая на самолете над тайгой на высоте H = 10000 м, мы видим только... гладкий зеленый ковёр, а не нагромождение деревьев (высотой h = 10 м), хотя в данном примере (с самолетом) мы имеем всего лишь отношение H/h = 1000, а это только 10^3, что на 14 (!) порядков меньше вышеуказанного отношения, характерного для микромира, где царит куда больший "бурелом" пространства-времени ("пена пространства-времени"), чем в тайге, но мы этого "бурелома" просто не видим, по крайней мере, в нашей обычной земной жизни.

Ну а теперь, уважаемый читатель, мы подошли, пожалуй, к самому сокровенному вопросу - откуда и как появилась наша Вселенная? Вероятно, я многих разочарую, если скажу, что наша Вселенная "родилась" буквально из... ничего (?) и в результате так называемого Большого взрыва - это просто условное (и красивое) название первого мгновения жизни Вселенной. Поскольку на самом деле это был не взрыв, а (во многом ещё загадочное) сверхстремительное расширение изначально "точечного сгустка" пространства-времени. Причём, что самое интересное, всем физическим теориям, описывающим зарождение ("сотворение") Вселенной, участия некого Создателя (Всевышнего, Творца и т.п.), вообще говоря, НЕ требуется (очень похоже, что естественные науки способны объяснить почти ВСЁ!).

Наукой надежно установлено, что с момента зарождения Вселенной (с момента Большого взрыва) прошло около 13,75 миллиарда лет,

или Т = 13,75 млрд.лет*365 дней*24 часа*60 минут*60 с = 433.620.000.000.000.000 секунд,

или N* = 8.021.970.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

планковских времен, или порядка 10^61 эви (элементарных временных интервалов).  

При рождении Вселенной начали свой бесконечный бег и первые фотоны (кванты) света (который, вообще говоря, не может "стоять на месте"). А скорость (C) света в вакууме - это, как мы уже говорили, самое быстрое, что может быть во Вселенной, ведь C = 299.792.458 м/с. Это, разумеется, умопомрачительная скорость, тем не менее, скажем, свет от Солнца доходит до Земли за... 8,32 минуты - настолько далеко от нас находится раскаленная звезда, дающая нам жизнь (до Солнца - 149.597.870 км). Умножив скорость света C на время Т (возраст Вселенной) - мы получим расстояние, пройденное фотонами света за всё время существования Вселенной - это и есть радиус нашей Вселенной, с которого мы начали свой рассказ (начали построение нашей "модели" Вселенной, см. выше). На этом я закончу своё краткое описание реальной Вселенной, хотя бы потому, что более подробно о Вселенной можно прочитать в интернете (например, в Википедии).

Далее я перейду к описанию совсем другой - виртуальной Вселенной, о которой вы, уважаемый читатель, уже нигде не прочитаете (кроме как в моих книгах и статьях), поскольку виртуальная Вселенная - моё "ноу-хау" ("секрет производства" виртуальной Вселенной), "случайно" возникшее в моей голове ещё в 2000 г.

Виртуальная Вселенная - это воображаемый мир, порождаемый "внутренними" свойствами (характеристиками) ряда натуральных чисел: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., N*, где число N* = 10^61, а если совсем точно, то N* равно количеству планковских времен (или эви) в возрасте Вселенной (см. выше). Указанный отрезок [0; N*] натурального ряда я назвал Большим отрезком, поскольку он как бы "порождён" Большим взрывом.

Разумеется, что общеизвестная математика ("царица всех наук") не обошла вниманием (бесконечный) ряд натуральных чисел - его изучает теория чисел - один из самых сложных (как это ни странно) и самых "проработанных" разделов высшей математики. Однако буквально единственным практическим приложением теории чисел является криптография - наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности  информации.

Лично меня криптография пока не интересовала (и не интересует), но вот красота, гармония и совершенство мира чисел - меня покорили полностью! Более того математическая ("внутренняя") структура Большого отрезка столь прекрасна и имеет столько поразительных свойств, что, несомненно, должна указывать на что-то более глубокое! И, не долго думая, я почему-то сразу (ещё в 2000 г.) решил, что мир чисел указывает на... устройство "фундамента" мироздания! То есть структура мир чисел - это, вероятно, простейшая модель реального пространства-времени (реальной Вселенной), а "теорию", которая изучает указанный феномен я назвал виртуальной космологией, поскольку главными инструментами исследования мира чисел для меня стал компьютер и нехитрая математика (доступная школьникам старших классов).

Здесь уместно вспомнить древнюю латинскую пословицу: "Simplex sigilum veri" ("Простота - это признак истинности"), а также слова прозорливого Эйнштейна: "Наш опыт убеждает нас, что природа - это сочетание самых простых математических идей" (лежащих в "фундаменте" мироздания, а уже вся прочая "архитектура" мироздания может быть чрезвычайно сложной!). А что может быть проще, когда я говорю, что математическая модель реального пространства-времени (как ряда его дискретных квантов времени), возможно, кое в чём (и не более того!) аналогична структуре Большого отрезка (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,..., N*). И если, скажем, теория струн - это сложнейшая модель пространства-времени (МПВ), то моя виртуальная космология - это наипростейшая МПВ (из множества всех возможных), которая моделирует "объясняет" физический мир лишь фрагментарно и  примитивно, но весьма полезно (хотя бы с философской точки зрения).

Виртуальная космология - это прежде всего ИГРА разума, позволяющая приобщить самую широкую публику к красоте мира чисел, к несложной, но очень полезной математике (которую большинство из нас "терпеть не могут" - в этом надо честно признаться). И здесь я опять (уже в который раз!) повторю слова знаменитого английского философа и естествоиспытателя Роджера Бэкона (ок. 1214 - 1292): "Тот, кто не знает математики, не может узнать никакой другой науки и даже не может обнаружить своего невежества." Ещё можно привести слова гениального Леонардо да Винчи (1452-1519) "Тот, кто порицает высшую точность математики, кормится за счет путаницы и никогда не отступится от уловок софистских наук, порождающих бесконечную болтовню". ... "Никакой достоверности нет в науках там, где нельзя приложить ни одной из математических наук".

Виртуальная космология также приобщает читателя к общеизвестной космологии (см. начало данной статьи), физике микромира, философии и т. д. Образно говоря, законы мира чисел удивительным образом "отражают" ("поясняют",... ) наиболее фундаментальные законы мироздания (его главной "начинки" - пространства-времени). Более того, виртуальная космология может иметь даже предсказательную силу, например (а подобных примеров в моих книгах и статьях - гораздо больше):

1). Количество всех "сортов" (видов) элементарных частиц в настоящее время не превышает числа 807430 (а физики предполагают, что их количество неограниченно велико, хотя пока открыто не более 1000?);

2). Масса самой легкой фундаментальной частицы (электронного нейтрино) окажется именно в триллион раз меньше массы самой тяжелой фундаментальной частицы (t-кварка, 174100 МэВ);

3). Размер ("диаметр") самой большой замкнутой струны (в теории струн) окажется именно в триллион раз больше самой малой струны (порядка планковской длины);

4). Девятая цифра после запятой в числовом значении постоянной тонкой структуры (1/ПТС = 137,0359895...) увеличится на единицу примерно через 34 года; восьмая цифра увеличится на единицу примерно через 134 года, седьмая цифра - через 1141 год,  шестая цифра - через 11209 лет, пятая цифра - через 111885 лет.

Разумеется, можно совершенно по-разному относиться к моей виртуальной космологии, но, всё-таки любопытно, что скажут скептики-профессионалы (физики-математики-философы), когда "предсказания" моей "бредовой" теории однажды... начнут сбываться (пока они находятся за гранью возможностей экспериментальной физики).

И даже если отбросить все мои фантазии в части некой связи "потока" натуральных чисел (его математических свойств) с реальным пространством-временем, то "в сухом остатке" виртуальной космологии (космологии чисел) мы получим, довольно увлекательное (само по себе) "путешествие" по миру чисел (не имеющее ничего общего с нумерологией и т.п.). Аналогов такого взгляда на мир чисел мне не удалось найти. При этом в рамках космологии чисел мной были получены (аналитически доказаны) некоторые новые (?) истины и высказаны новые (?) гипотезы, имеющие прямое отношение к общеизвестной теории чисел.

*******

Мои "труды" начинайте читать с раздела "Говоря предельно просто" (если вас "пугает" математика).