Данная статья продолжает размышления, начатые в материале «От точек к процессам: почему квантовая механика не очень любит точечные частицы», и предлагает концептуальную основу для идей, затронутых в статье «Простая волновая интерпретация гравитации и эффекта Казимира».

Вопрос о происхождении Вселенной остаётся одним из самых интересных и одновременно самых сложных вопросов современной науки.

Когда речь заходит о космологии, обычно первой вспоминают теорию Большого взрыва. Иногда даже возникает ощущение, что это единственно возможное объяснение наблюдаемой картины мира. Однако в действительности ситуация намного интереснее. Помимо стандартной космологической модели существуют циклические модели Вселенной, сценарии Большого отскока, экпиротическая космология, различные варианты вечной инфляции и другие подходы.

Все они пытаются объяснить один и тот же набор наблюдений:

• расширение Вселенной;

• реликтовое излучение;

• распределение галактик;

• химический состав вещества.

При этом сама теория Большого взрыва остаётся одной из самых красивых и успешных идей современной физики. Если представить себе всю наблюдаемую Вселенную, сжатую когда-то до чрезвычайно плотного и горячего состояния, а затем постепенно породившую галактики, звёзды, планеты и в конечном итоге нас самих, то трудно не восхититься масштабом этой картины.

И главное — теория работает. Наблюдается красное смещение далёких галактик. Наблюдается реликтовое излучение. Наблюдаются предсказанные пропорции лёгких химических элементов. Современная космология объясняет огромное количество фактов и вполне заслуженно занимает центральное место в физике.

Но здесь есть важный нюанс. Большой взрыв — это не наблюдение. Это интерпретация наблюдений. Сегодня она считается наиболее успешной, но сам вопрос о том, является ли она единственно возможным объяснением, остаётся открытым.

В этой статье я хочу рассмотреть альтернативный взгляд на те же самые наблюдения. Это не попытка опровергнуть современную космологию и не попытка предложить готовую физическую теорию. Скорее речь идёт о мысленном эксперименте: что изменится, если попробовать посмотреть на Вселенную как на единую резонансную систему?

Всегда ли расширение означает рождение?

Когда мы видим расширяющуюся систему, возникает естественное желание мысленно отмотать время назад. Если сегодня расстояния между галактиками увеличиваются, значит раньше они были меньше. Если продолжать этот процесс дальше, то можно прийти к состоянию чрезвычайно высокой плотности.

Логично. Но обязательно ли из этого следует рождение самой системы?

Представьте воздушный шар. Он может увеличиваться, уменьшаться, менять форму и объём. Однако каждый раз, когда это происходит, шар не возникает заново. Меняется лишь его состояние.

Нечто похожее мы наблюдаем и в физике. Теория относительности показывает, что размеры объекта, энергия и многие наблюдаемые характеристики зависят от его движения и состояния. Однако сам объект при этом не обязан исчезать и возникать снова.

Меняется состояние системы.

И здесь возникает простой вопрос: что если расширение Вселенной тоже является изменением состояния некоторой более сложной структуры? Что если наблюдаемому процессу расширения предшествовало не рождение самой системы, а её переход в другое состояние?

От объектов к процессам

В предыдущей статье я предлагал рассматривать многие физические объекты как устойчивые процессы. Частица — не обязательно точка. Поле — не обязательно абстрактная математическая сущность. Возможно, значительная часть того, что мы называем объектами, представляет собой устойчивые формы организации энергии.

Если такой взгляд полезен для микромира, можно попробовать распространить его и на космологические масштабы.

Представим Вселенную как единую связанную энергетическую структуру. Внутри неё могут происходить процессы перераспределения энергии. Её размеры могут изменяться. Её состояние может эволюционировать.

Подобно тому как чёрные дыры способны поглощать энергию и, согласно современным представлениям, терять её через излучение Хокинга, глобальная структура также может проходить через различные режимы существования.

В этом смысле Вселенная может не столько «рождаться», сколько менять своё состояние. Тогда наблюдаемое расширение становится не обязательным началом всего сущего, а одним из этапов длительной эволюции системы.

Возможны ли границы и центр?

Если рассматривать Вселенную как конечную связанную структуру, то естественным образом возникает вопрос о существовании её границ и центра.

В стандартной космологической модели пространство считается однородным и изотропным в больших масштабах, поэтому выделенного центра расширения в ней не существует. В предлагаемом мысленном эксперименте делается попытка отказаться от этого постулата и посмотреть, что изменится.

В рамках рассматриваемого подхода ситуация может выглядеть иначе. Если Вселенная представляет собой единую резонансную систему конечного размера, то понятия центра распределения энергии и границы оказываются естественным следствием самой модели.

Разумеется, это не означает, что такой центр уже обнаружен наблюдательно. Тем не менее сама возможность существования выделенных структур не противоречит логике рассматриваемого подхода.

Резонанс как фундаментальный механизм

Ключевая идея предлагаемого подхода связана с резонансом.

В физике устойчивые структуры очень часто возникают именно благодаря ему. Музыкальная струна поддерживает устойчивые моды колебаний. Оптический резонатор поддерживает устойчивые световые состояния. Колебательные системы формируют устойчивые частоты.

Если элементарные частицы действительно обладают волновой природой, то возникает вопрос: что обеспечивает устойчивость этих волн? Одним из возможных ответов является резонанс.

Тогда частицы можно рассматривать как устойчивые резонансные состояния некоторой более фундаментальной среды. В таком случае масса становится характеристикой устойчивого энергетического состояния, а материя оказывается не чем-то отдельным от энергии, а одной из форм её организации.

Возможно, именно поэтому связь между массой и энергией выражается столь простой формулой:
E = mc²

Если продолжить эту логику дальше, то один и тот же механизм может работать на разных масштабах — от элементарных частиц до космологических структур.

Откуда тогда берётся материя?

Если Вселенная представляет собой единую энергетическую систему, возникает следующий вопрос: каким образом в ней появляется материя?

В рамках рассматриваемой модели материя является результатом определённой организации энергии. Изменение энергетического состояния системы приводит к изменению распределения энергии внутри неё.

Однако существует фундаментальное ограничение — конечная скорость распространения взаимодействий. Крупная система не всегда способна мгновенно и плавно перестроить своё внутреннее состояние. Когда происходит смена взаимодействующих частот (а это соответствует переходу между сильно различающимися масштабами — от элементарных частиц до космологических структур), энергия вынуждена передаваться порциями, квантами, в соответствии с резонансными условиями.

Можно предположить, что при определённых условиях возникают локальные устойчивые области концентрации энергии. Именно такие области могут проявляться как частицы вещества.

В этом случае барионная материя становится не фундаментальной сущностью, а следствием процессов перераспределения энергии внутри более крупной структуры.

Очень грубо это можно сравнить с фазовым переходом. Подобно тому как вода может переходить в лёд, энергия может переходить в устойчивые формы, которые мы воспринимаем как материю.

Тогда Большой взрыв оказывается не моментом создания всего сущего, а фазой появления наблюдаемой материи.

А что с реликтовым излучением?

Современная космология рассматривает реликтовое излучение как след ранней горячей Вселенной. Эта интерпретация хорошо согласуется с наблюдениями.

Однако если Вселенная является единой резонансной структурой, появляется возможность посмотреть на ситуацию немного иначе.

Если наблюдаемая Вселенная представляет собой внутреннюю область крупной структуры, аналогичной чёрной дыре (разумеется, это лишь мысленная аналогия, а не отождествление), то её горизонт событий может играть роль области обмена энергией между различными уровнями организации системы.

В таком случае реликтовое излучение можно интерпретировать не только как след далёкого прошлого, но и как проявление непрерывного процесса энергетического обмена между различными фрактальными уровнями организации Вселенной.

Пока такая картина остаётся гипотезой и требует как математического описания, так и проверки на согласованность с наблюдениями. При этом сама идея о возможной связи наблюдаемой Вселенной с физикой чёрных дыр не является новой.

Немного о голографическом принципе

В современной теоретической физике существует идея голографического принципа. Если говорить очень упрощённо, она предполагает, что информация о содержимом некоторого объёма может быть связана с процессами на его границе.

Мне кажется интересным следующий вопрос: что если некоторые проявления голографичности являются не фундаментальным свойством пространства, а следствием более общего механизма — резонанса?

Если реликтовое излучение действительно связано с процессами на границе крупной волновой структуры, то изучение этой границы потенциально может содержать информацию о внутреннем распределении энергии и материи.

Пока это лишь гипотеза. Но она предлагает новый взгляд на роль границ в физике.

Что говорит современная наука?

Всё изложенное выше не является альтернативой современной космологии в строгом научном смысле. Сегодня именно теория Большого взрыва остаётся наиболее успешной моделью, объясняющей наблюдаемые данные.

Вместе с тем современная космология далека от полного завершения. Продолжаются исследования природы тёмной материи и тёмной энергии, обсуждаются причины так называемого напряжения Хаббла и возможные крупномасштабные неоднородности.

Предлагаемый подход пока представляет собой концептуальную интерпретацию, объединённую вокруг идеи резонанса и волновой природы материи.

Вместо заключения

Наблюдение и его интерпретация — не одно и то же. Красное смещение — наблюдение. Реликтовое излучение — наблюдение. Расширение Вселенной — наблюдение. А вот объяснение этих явлений может меняться.

История науки уже не раз показывала, что смена точки зрения способна открыть новые направления исследований.

Иногда достаточно изменить не сами законы природы, а способ, которым мы на них смотрим. Тогда вместо набора объектов начинают проявляться процессы. Вместо отдельных событий — длительная эволюция. А вместо единственного момента рождения — история последовательных преобразований.

P.S.
Полная версия разрабатываемой модели, включая волновую интерпретацию элементарных частиц и идеи о фрактальной структуре Вселенной, опубликована на Zenodo под названием «Model of the Wave Structure of Matter and the Fractal Structure of the Universe».

Пока я рассматриваю её не как завершённую физическую теорию, а как исследовательскую площадку для проверки идей. На Хабре я выкладываю отдельные концепции, чтобы посмотреть, насколько они жизнеспособны и интересны читателям.

Вопрос «Обязательно ли Большой взрыв был именно рождением Вселенной?» на мой взгляд, достаточно интересен, чтобы хотя бы попытаться его задать.