Անվերջ կրկնվող Տիեզերքը. Ինչ հեռավորության վրա է գտնվում ձեր ամենամոտ պատճենը
Հոդվածի վերնագիրը կարող է տարակուսանք առաջացնել. ի՞նչ է նշանակում «ձեր ամենամոտ պատճենը», ամեն մարդ բացառիկ է ու չի կարող պատճեններ ունենալ։ Բայց եկեք չմոռանանք, որ Տիեզերքը բավականին տարօրինակ տեղ է, որը բազմաթիվ անգամներ կոտրել է իրականության մասին մեր ինտուիտիվ պատկերացումները, հետևաբար` ցանկացած, անգամ` խնդրահարույց հարցի պատասխան պետք է փնտրել օբյեկտիվ գիտական պատկերացումներում, ոչ թե առօրյա կենցաղային ինտուիցիայում։ Իսկ գիտական ժամանակակից պատկերացումները հուշում են, որ որոշ պայմանների առկայության դեպքում Տիեզերքում գոյություն ունեն ցանկացած մարդու անվերջ քանակի պատճեններ։ PAN-ը պատմում է, թե ինչպես է այդպես ստացվում։
ՄԵՐ «ՏԻԵԶԵՐԱԿԱՆ» ՎԱՆԴԱԿԸ
Ժամանակակից տիեզերագիտությունը նկարագրում է Տիեզերքը ստանդարտ ΛCDM մոդելի միջոցով։ Հունարեն լյամբդան (Λ) անվանման մեջ համապատասխանում է տիեզերագիտական հաստատունին, որը Տիեզերքի արագացմամբ ընդլայնման (մութ էներգիայի) պատճառի գլխավոր թեկնածուն է, CDM-ն էլ` սառը մութ նյութին (cold dark matter), որը սովորական նյութի հետ միայն գրավիտացիոն փոխազդող, սակայն Տիեզերքում նյութի էներգետիկ խտության գերակշիռ մասը պարունակող խորհրդավոր սուբստանցիան է։ Կարևոր է նաև ընդգծել, որ, ըստ ΛCDM մոդելի, Տիեզերքը մեծ մասշտաբներում միատարր է (նույն տեսքն ունի ցանկացած տեղից) ու իզոտրոպ (նույն տեսքն ունի ցանկացած ուղղությամբ), ինչպես նաև` ունի հարթ տոպոլոգիա, այսինքն, պարզագույն դեպքում, անվերջ է։ Վերոնշյալն անկյունաքարային նշանակություն ունի մեր պատմության համար։
Կրկին անգամ, ըստ ժամանակակից գիտական պատկերացումների, Տիեզերքն առաջացել է մոտ 14 մլրդ տարի առաջ, ու ցանկացած տեղում գտնվող դիտորդի հասանելի է միայն այն լույսը, որը ճամփորդել է այդ 14 մլրդ տարիների ընթացքում։ Ավելի հեռվում գտնվող աղբյուրներից արձակված ֆոտոնները հասանելի չեն, ավելին` մութ էներգիայի պատճառով արագացմամբ ընդլայնումը դրանք ընդմիշտ անհասանելի է դարձնում։ Իհարկե, այս 14 մլրդ տարիներին ինքը` Տիեզերքն ընդլայնվել է, հետևաբար` դիտորդին հասանելի է ոչ թե 14 մլրդ լուսատարի, այլ մոտ 46 մլրդ լուսատարի շառավղով Տիեզերքը։
Եթե Երկրի վրա աշխատող աստղագետին համարենք սովորական դիտորդ, ապա իր համար դիտարկելի Տիեզերքը, որի հետ նա սկզբունքորեն կարող է որևիցե ձևով փոխազդել, ունի մոտ 46 մլրդ լուսատարի շառավիղ բոլոր ուղղություններով։ Դրանից այն կողմ եղածը հասանելի չի այդ դիտորդին, ու, եթե մութ էներգիան հավերժ է, հասանելի չի լինի երբեք։ Սա մեր «տիեզերական վանդակն» է, որից մենք չենք կարող դուրս պրծնել։ Հիշեք այս հանգամանքը։
ՎԵՐՋԱՎՈՐ ՔԱՆԱԿԻ ՎԻՃԱԿՆԵՐ
Եթե ամբողջ Տիեզերքը (ոչ թե միայն դիտարկելի մասը) անվերջ է, ապա այն կարելի է բաժանել անվերջ քանակի «տիեզերական վանդակների»` մեկական յուրաքանչյուր դիտարկման կետի համար։ Ու քանի որ բոլոր նման «վանդակներում» նյութը շատ թե քիչ միատարր է, գործում են ֆիզիկայի նույն ֆունդամենտալ օրենքներն ու առկա է տարրական մասնիկների նույն կազմը, մեկ նման «վանդակում» նյութի դասավորության բոլոր կոմբինացիաների հաշվարկը ամբողջությամբ կսպառի բոլոր «վանդակներում» նյութի դասավորության կոմբինացիաները։
Դասական ֆիզիկայում ցանկացած սահմանափակ տարածությունում մասնիկների դասավորության կոմբինացիաների քանակն անվերջ է։ Աթոռը կարելի է տեղափոխել 1 մմ-ով, 0.1 մմ-ով, 0.01 մմ-ով, 0.00001 մմ-ով և այլն, որևիցե սահմանափակում չկա ու յուրաքանչյուր տեղափոխություն ձևավորում է նոր կոմբինացիա։
Այլ է իրավիճակը քվանտային մեխանիկայում։ Այստեղ գործում է անորոշությունների սկզբունքը, համաձայն որի երկու չկոմուտացվող մեծությունների արժեքները չեն կարող միաժամանակ ճշգրիտ լինել։ Որքան փորձենք լոկալիզացնել մասնիկը (հստակեցնել նրա կոորդինատները), այնքան աճելու է նրա արագությունն ու էներգիան, իսկ բացարձակ ճշգրիտ լոկալիզացիայի համար մասնիկը պետք է ունենա անվերջ էներգիա, ինչը մեր Տիեզերքի ֆիզիկայի օրենքները թույլ չեն տալիս։ Բացի այդ, ինտերֆերենցիոն պրոցեսների հետևանքով երկու շատ մոտ տեղակայումներն անհնար է միմյանցից տարբերել, դրանք լրիվ իդենտիկ են։ Հետևաբար, քվանտային մեխանիկայում, որպեսզի կարողանանք ասել, որ մասնիկը ունի երկու տարբեր կոորդինատ տարածությունում, այդ երկու կոորդինատները պետք է ունենան նվազագույն հեռավորություն։ Այդ հեռավորությունը հայտնի է, այն կոչվում է Պլանկի երկարություն ու հավասար է 1.6*10^-35 մետրի։ Որպեսզի պատկերացնեք, թե որքան փոքր է այդ հեռավորությունը, մեկ համեմատություն անենք. եթե ջրածնի ատոմը դիտարկելի Տիեզերքի չափ լիներ, ապա Պլանկի երկարությունը կլիներ սովորական խնձորի ծառի չափ։ Սակայն էականն այստեղ ոչ թե Պլանկի երկարության փոքրությունն է, այլ դրա վերջավոր լինելը։
Այսպիսով, պարզեցինք, որ քվանտային մեխանիկայում, որպեսզի կարողանանք ասել, որ մասնիկի երկու կոորդինատները միմյանցից տարբեր են, դրանք առնվազն պիտի իրարից մեկ Պլանկի երկարության հեռավորության վրա լինեն։ Ավելի մոտ տեղակայման դեպքում անհնար կլինի կոորդինատները տարբերել։
Այսպիսով, մենք սահմանեցինք հիմնավորման կարևոր պայմանները. Տիեզերքն անվերջ է, միատարր ու իզոտրոպ, այն կարելի է բաժանել «տիեզերական վանդակների», որոնց առավելագույն չափը չի կարող գերազանցել 46 մլրդ լուսատարի շառավիղով գունդը, իսկ մասնիկների կոորդինատները գնդի ներսում չեն կարող իրար ավելի մոտ լինել, քան Պլանկի երկարությունն է։ Հետևաբար, յուրաքանչյուր «տիեզերական վանդակ» կարելի է բաժանել Պլանկի խորանարդի չափի «բջիջների»` յուրաքանչյուր մասնիկի կոորդինատները սահմանելու համար։ Ընդհանուր «տիեզերական վանդակի» տրամագիծը սահմանափակ է (46 մլրդ դրամ), հետևաբար` այն կարելի է բաժանել սահմանափակ թվով «պլանկյան բջիջների»։ Ինչպես հետագայում կտեսնենք, սահմանափակ է նաև մասնիկների քանակը, որոնք հնարավոր է տեղավորել մեկ «տիեզերական վանդակի» սահմաններում։
Նյութի խտության տատանումները Տիեզերքի տարբեր հատվածներում կախված են «մեծ պայթյունի» ժամանակ եղած պատահական ֆլուկտուացիաներից։ Այնտեղ, որտեղ նյութն ավելի շատ էր, գրավիտացիայի ազդեցությամբ այն ավելի էր շատանում` նոսր հատվածների հաշվին։ Ավելի մեծ մասշտաբներում նման տատանումներ նույնպես կարող են լինել, սակայն մեկ «տիեզերական վանդակի» սահմաններում անհնար է որքան ասես շատ նյութ կուտակել, որովհետև ինչ-որ պահի այդ նյութի զանգվածը կգերազանցի կրիտիկականն ու ամբողջ «տիեզերական վանդակը» կվերածվի հսկայական սև խոռոչի։ Հետևաբար, կա մասնիկների առավելագույն քանակ, որ կարելի է տեղավորել մեկ «տիեզերական վանդակի» սահմաններում։
Եվ այսպես, ունենք սահմանափակ տարածություն («տիեզերական վանդակ»), որը բաժանված է սահմանափակ թվով նվազագույն «բջիջների», որոնք էլ կարող են զբաղեցնել սահմանափակ թվով մասնիկներ։ Հետևաբար, սահմանափակ է նաև հնարավոր կոնֆիգուրացիաների թիվը, որ կարող են ունենալ առավելագույն թվով մասնիկները` մեկ «տիեզերական վանդակի» սահմաններում։ Սովորական կոմբինատորիկ հաշվարկը ցույց է տալիս, որ 46 մլրդ լուսատարի շառավիղով վանդակում կարող է լինել մասնիկների դասավորության 10^10^123 տարբերակ (1 ու 10^123 հատ զրո)։ Սա անպատկերացնելի մեծ թիվ է, սակայն կարևորը դրա վերջավոր լինելն է։
Վերոնշյալ բաժնում մենք պարզեցինք մեկ «տիեզերական վանդակի» սահմաններում նյութի հնարավոր վիճակների (մասնիկների դասավորության) քանակը։ Պատմությունը դա մեկ «տիեզերական վանդակում» վիճակների կամայական հնարավոր հերթականություն է` դասավորված ժամանակի մեջ, ինչպես ֆիլմի առանձին կադրերը` ժապավենում։
Ու ինչպես տարածության, այնպես էլ ժամանակի դեպքում, քվանտային մեխանիկան թույլ չի տալիս ժամանակով միմյանց որքան ասես մոտ վիճակներ, որովհետև ինչ-որ պահի միմյանց շատ մոտ իրադարձությունները տեղի են ունենում միաժամանակ։ Նվազագույն ժամանակային հեռավորությունը, որը թույլ է տալիս պնդել, որ վիճակները ժամանակի մեջ նախորդում կամ հաջորդում են միմյանց, կոչվում է Պլանկի ժամանակ, այն հավասար է 5.3*10^-44 վայրկյանի։ Պատմություն ստանալու համար անհրաժեշտ է տիեզերագիտական վանդակների տարբեր վիճակներ միմյանցից մեկ Պլանկյան ժամանակ հեռավորության վրա դնել, իսկ Տիեզերքի ամբողջ տարիքը` 14 մլրդ տարի, հավասար է մոտ 8*10^60 պլանկյան ժամանակի, այսինքն` յուրաքանչյուր պատմություն (ժապավեն) կարող է բաղկացած լինել 8*10^60 կադրից։
Ունենք 8*10^60 կադր տեղավորող ժապավեններում 10^10^123 հատ հնարավոր կադր կամայական տեղավորելու հնարավորություն. քա՞նի հնարավոր ժապավեն կարող ենք լցնել միմյանցից գոնե մեկ կադրով տարբերվող 14 մլրդ տարի տևողությամբ ֆիլմերով։ Ակնհայտ է, որ թիվն ահռելի է, շատ ավելի մեծ, քան կադրերի քանակը, սակայն այն վերջավոր է։
Դասական ֆիզիկայում համակարգի պատմությունը միանշանակ կանխորոշված է սկզբնական վիճակով ու էվոլյուցիայի դետերմինիստիկ օրենքներով, սակայն քվանտային մեխանիկայում ամեն ինչ հիմնված է պատահականությունների վրա. միևնույն սկզբնական վիճակը կարող է բերել լրիվ տարբեր հետևանքների։ Ու չնայած այս դեպքում քվանտային մեխանիկան զգալիորեն ընդլայնում է հնարավոր պատմությունների թիվը, միմյանց շատ մոտ պատմությունները ինտերֆերենցիայի հետևանքով անհնար է տարբերել։ Ամեն դեպքում, հնարավոր պատմությունների թիվը վերջավոր է ու կազմում է մոտ 10^10^150:
ՈՐՏԵՂ Է ՔՈ ՃՇԳՐԻՏ ՊԱՏՃԵՆԸ
Այսպիսով, ունենք անվերջ Տիեզերք, որը բաժանված է անվերջ քանակի «տիեզերական վանդակների», որոնք, սակայն, կարող են գտնվել վերջավոր քանակի վիճակներում ու որոնցում կարող են տեղի ունենալ վերջավոր քանակի պատմություններ։ Դրանց ճնշող մեծամասնությունը նման չէ մեր դիտարկելի Տիեզերքի պատմությանը, մյուսները ավելի քիչ են տարբերվում, օրինակ` կյանքը առաջացել է ոչ թե Երկրի, այլ Վեներայի վրա, կամ դինոզավրերը չեն անհետացել, կամ էլ դու` հարգելի ընթերցող, ԱՄՆ նախագահն ես։ Սակայն պատմությունների քանակի վերջավոր, իսկ «տիեզերական վանդակների» քանակի անվերջ լինելն անխուսափելիորեն բերում են ստատիստիկ եզրակացության. պատմությունները կրկնվելու են ու կրկնվելու են անվերջ անգամներ։ Ու այդպիսի Տիեզերքում կան ձեր անվերջ քանակի պատճենները, որոնք ապրել են նույն կյանքը` ընդհուպ մինչև վերջին ատոմի դիրքը ու կարդում են այս նույն տեքստը։ Միջինում ձեզ ամենամոտ պատճենը այնքան հեռու է ձեզանից, որ որևիցե պրակտիկ իմաստ չկա դրա մասին խոսելու, սակայն մաթեմատիկական փաստը հետաքրքիր է։
ԻՆՉ ԱՆԵԼ
Եթե նման մտքերը ձեզ անհանգստացնում են, նախ` խորը շունչ քաշեք։ Հետո, կան ահռելի հնարավորություններ, որոնց դեպքում վերոնշյալը չի ռեալիզացվում։ Ամենապարզը` Տիեզերքը կարող է անվերջ չլինել, կամ շատ մեծ մասշտաբներում լինել ոչ միատարր ու ոչ իզոտրոպ։ Երկրորդ, մենք չունենք քվանտային գրավիտացիայի լիարժեք տեսություն, հնարավոր է` այն հերքի նյութի դասավորության վերջավոր քանակի կոմբինացիաների պատկերացումները։ Կամ էլ, շատ մեծ մասշտաբներում Տիեզերքում կարող են գործել այլ ֆիզիկայի օրենքներ ու լինել այլ տիպի մասնիկներ։ Ի վերջո, այն ամենն, ինչ մենք տեսնում ենք, կարող է ընդամենը համակարգչային սիմուլյացիա լինել։ Կամ` վերոնշյալ բոլորը միասին։
Տարբերակները շատ են, Տիեզերքը` ծայրահեղ բարդ ու տարօրինակ։