Дмитрий Селин – Вселенная из планковских битов (страница 2)

У протона — сложная структура с сильными связями, масса велика, но она всё равно меньше суммы масс планковских ячеек, из которых он состоит.

Эта же картина объясняет, почему микромир так трудно и так дорого исследовать. Устойчивый паттерн — это сжатая, скомпенсированная структура. Разрушить его — значит уничтожить компенсацию и обнажить «сырую» планковскую энергию. Поэтому каждый шаг вглубь материи требует чудовищных энергий: мы не просто заглядываем в малое — мы пробиваем эмерджентную защиту материи и приближаемся к уровню, где каждое возбуждение ячейки стоит планковской энергии.

Физические поля: слой частиц глубже Стандартной модели

Известные современной науке частицы — это лишь один из верхних слоёв "планковских структур". В современной физике поля (электромагнитное, гравитационное) считаются самостоятельными сущностями, заполняющими всё пространство. В "планковской" модели физические поля принимаются как комбинации планковских битов, только гораздо, на много порядков меньше по размерам даже кварков. Эти частицы из-за своих размеров не фиксируются средствами измерения напрямую, а результат их взаимодействия с частицами Стандартной модели современная наука считает физическими полями. Фактически, это ещё один «набор» частиц, возможно входящих в частицы Стандартной модели как кирпичи входят в структуру построенного из них дома.

Это очень важное следствие "планковской модели" - слой частиц "физических полей" на много порядков меньше всего, что мы способны наблюдать: между масштабом кварков (около 10¹ метра) и планковским масштабом (около 10³ метра) лежит пропасть в семнадцать порядков. Мы не видим зернистости полей по той же причине, по которой не видим пикселей экрана с расстояния в несколько метров: узор сливается в гладкую картину.

Скорость света и квант времени

Как "планковская модель" объясняет постоянство скорости света? Очень просто.

Если мир — решётка битов, то любое изменение есть переход от одной конфигурации ячеек к другой. Однако такой переход не может быть мгновенным: сигнал переходит из ячейки в соседнюю за один элементарный шаг времени. Этот шаг — планковское время, около 5,4 × 10 секунды. Из этого получается очень простое определение скорость света — это соотношение планковской длины к планковскому времени:

c = _P / t_P.

Скорость света — не скорость какой-то особой частицы. Она не является свойством электромагнитных волн — это пропускная способность самой планковской решётки. Двигаться быстрее нельзя, потому что для этого нужно было бы «перепрыгивать» через ячейки, но между несоседними ячейками нет прямой связи. Все взаимодействия идут только через соседей, шаг за шагом.

Это предположение сразу объясняет, почему массивные частицы медленнее света. Фотон — простейший паттерн: у него нет сложной внутренней структуры, которую нужно долго пересчитывать, и он смещается на одну ячейку за один тик. Электрон или протон — сложный узел. Чтобы сдвинуть его, системе приходится «пересчитывать» его внутреннее состояние, и это занимает лишние тики. Масса — это, если угодно, вычислительная инерция: чем сложнее структура, тем дольше идёт "пересчёт" сдвига составляющих её планковских битов.

Само время в этой модели оказывается дискретным. Нет отрезка времени меньшего, чем тот, что нужен для перехода между соседними ячейками. Невозможно измерить интервал короче планковского времени t_P, потому что за это время не происходит ни одного переключения битов. Все процессы длятся целое число тактов.

Вселенная подобна фильму, идущему с частотой около 10³ кадров в секунду. Мы не замечаем мерцания по той же причине, по которой не замечаем кадров в кино, — частота слишком велика. Но на дне Мира нет ни непрерывности, ни потока: есть только последовательность переходов из одной планковской ячейки в другую.

Почему дробление вещества требует всё большей энергии?

Когда мы пытаемся разбить сложную структуру (например, атомное ядро) на составные части, мы разрушаем геометрическую компенсацию. Мы «обнажаем» голую планковскую энергию отдельных ячеек. Чтобы вырвать одну ячейку из узора, нужно затратить энергию, равную той, которая была «заморожена» в связях.

Чтобы разорвать атом — нужны электрон-вольты.

Чтобы расщепить ядро — миллионы электрон-вольт.

Чтобы выбить кварк — миллиарды.

Чтобы добраться до планковского уровня — необходима бездна энергии в 10¹⁹ ГэВ.

При попытке сосредоточить такую энергию в малом объёме образуется микроскопическая чёрная дыра, и процесс дробления останавливается. Это физический барьер, который не позволяет нам «увидеть» отдельные планковские биты.

Примечание о высших измерениях - 4D и более

Описанная модель не отрицает высших измерений. Наша трёхмерная планковская решётка не обязательно является единственной. Она может быть трёхмерной гиперповерхностью (браной) внутри многомерной супер-решётки. В этом случае:

Часть планковских битов могут быть «проекциями» более сложных многомерных структур

Часть структур (кванты гравитации, например) существуют не только в 3D, но и в дополнительные измерениях.

Само "планковское время" может быть следствием движения трёхмерной браны в 4D или более высоких измерениях.

Мы, живущие в 3D, видим лишь тень этих процессов, но для описания всех известных взаимодействий (сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного) достаточно нашей трёхмерной решётки — все они являются её локальными свойствами. По крайней мере ничего другого современной науке неизвестно.

Простота в основании

Человек привык думать, что фундамент мира должен быть чем-то невообразимо сложным: струны, вибрирующие в одиннадцати измерениях, океан квантовой пены, бесконечности виртуальных частиц. Но показанная выше модель говорит совершенно обратное: вполне возможно, что на самом низовом уровне мир крайне прост.

На самом фундаментальном уровне Вселенная представляет собой дискретную трёхмерную сетку с фиксированным шагом l_P и фиксированным тактом t_P. Каждая ячейка либо пуста, либо заполнена битом с планковской массой 10¹⁹ ГэВ. Никаких полей, никаких частиц, никаких законов — только биты и правила их обновления.

Вся наблюдаемая сложность:

галактики,

звёзды,

планеты,

молекулы,

атомы,

ядра,

протоны,

кварки,

фотоны,

— это эмерджентные узоры, возникающие из коллективного поведения этих битов. Масса, заряд, спин, взаимодействия — всё это геометрические и топологические свойства структур, собранных из единиц и нулей. Итак:

Скорость света — это тактовая частота обновления пространственной решётки.

Масса — это степень геометрического несовершенства структур из планковских битов.

Время — это порядковый номер такта.

Пространство — это сам массив ячеек.

Структуры возникают не потому, что правила сложны, а потому, что простое правило повторяется огромное число раз. Так устроены клеточные автоматы: несколько строк правил — и на экране разворачиваются вихри, структуры, подобия живого. Сложность не заложена в фундамент. Сложность нарастает сверху, как эмерджентность, как узор на экране планковских битов.

Всё, что мы называем богатством мира, — звёзды, химия, жизнь, сознание — это не свойство основания нашего Мира, а свойство огромного числа повторений простого шага. Дно безмолвно и однотипно. Музыка звучит выше.

Хотя мы не знаем, кто (или что) задало начальные условия и правила перехода, сама архитектура нашего Мира в «планк-битовой» его модели на удивление элегантна и лаконична. Возможно, когда-нибудь мы научимся «читать» этот код — но уже сейчас ясно, что на фундаментальном уровне Вселенная может быть устроена гораздо проще, чем мы привыкли думать.

Глава 2. Вселенная из "планковских битов" жива, пока движется

В Главе 1 был показан мир из планковских битов: пространство оказалось решёткой ячеек, частицы — сложными устойчивыми узорами этих ячеек, поля — движением очень маленьких простых структур из планковских битов, а скорость света — тактовой частотой обновления. Картина получилась цельной. Но в ней не было одного важного обстоятельства – движения. Структура мира была статичной, то есть неподвижной.

В интернете гуляет шутка:

Может ли ураган, пронесшийся над свалкой, случайно собрать из разбросанных деталей готовый «Боинг-747»?

Обычно этот мем используют, чтобы высмеять идею случайного возникновения жизни. Но если подойти к нему с точки зрения модели "планковских битов", он обретает неожиданный космологический смысл.

Представьте, что свалка — это хаотичная трёхмерная решётка планковских битов. Детали — это сами биты, ураган — это движение нашей трёхмерной браны сквозь многомерное пространство. Пока ветер дует, он создаёт давление, которое прижимает детали друг к другу, заставляя их собираться в сложные конструкции. Самолёт собирается, пассажиры занимают места, самолёт взлетает, приборы работают. Как только ветер стихает, самолёт разваливается на части, пассажиры исчезают, и от сложной структуры не остаётся и следа.

Так вот, в «планк-битовой» модели Вселенная — это и есть такой «Боинг». Она существует только пока движется. Остановка движения браны означает мгновенную потерю всех структур, всех сил, всей материи. Гравитация, инерция, поля, частицы — всё это лишь следствия того, что наш трёхмерный мир летит сквозь высшие измерения.