Модель «Двухбранного связанного континуума» постулирует, что реальность Вселенной состоит из двух фундаментально различных, но топологически связанных пространств-бран:
Структура реальности
Брана А (Субстрат): Мир сильного и слабого взаимодействий. Характеризуется чудовищной плотностью, но отсутствием гравитации и электромагнитного взаимодействия. Фундаментальные объекты — замкнутые струны и их конфигурации.
Брана В (Наша вселенная): Мир гравитации и электромагнетизма. Без слабого и сильного взаимодействия. Фундаментальные объекты — лептоны (электроны, нейтрино) и фотоны.
Связь между пространствами: Слои разделены фиксированным расстоянием в дополнительном измерении: D ≈ c·τₙ ≈ 2.6×10¹¹ м (≈1.7 а.е.), где τₙ ≈ 880 с — время жизни нейтрона, выступающее мерой связи.
Природа материи в бране В (нашей Вселенной)
Частицы в наблюдаемой нами Вселенной в момент сейчас делятся на три онтологических класса по происхождению и стабильности:
- «Аборигены» (Фундамент В): Электрон, позитрон, фотон, нейтрино, антинейтрино. Фундаментально стабильны, так как являются возбуждениями самой ткани В.
- «Интерфейс» (Стабильная связь А↔В): Протон. Единственная стабильная конфигурация, представляющая собой струну, натянутую между бранами (один конец в А, другой в В).
- «Проекции» или «Следы» (Динамика связи): Нейтрон и все нестабильные адроны/резонансы (мезоны, гипероны и т.д.). Не являются самостоятельными сущностями. Это временные, метастабильные конфигурации струн (например, оба конца в В) или продукты их взаимодействия. Их время жизни — это характерное время релаксации системы к стабильному состоянию.
Решение фундаментальных физических проблем
Стабильность размера протона
Протон не «удерживается» от расширения браны В, а не взаимодействует с ним, поскольку его размер — внутреннее свойство струны из браны А, не подверженное метрике браны В. Работа по «удержанию» равна нулю.
Иерархия взаимодействий
Сильное (брана А) и гравитационное (брана В) взаимодействия несравнимы, так как действуют в разных слоях реальности.
Происхождение электронов и нейтральности
Огромный положительный заряд «пробоя» из браны А нейтрализуется изначальным электронным фоном браны В.
Распад нейтрона и нуклеосинтез
- Свободный нейтрон — струна с обоими концами в В (метастабильная конфигурация).
- Его распад (n → p⁺ + e⁻ + ν̄) — это «возврат» одного конца струны в Пространство А.
- Время этого процесса (~15 мин) определяет хронологию первичного нуклеосинтеза (BBN), что точно соответствует наблюдательным данным.
- В ядре концы струн связаны, что стабилизирует нейтрон.
Ключевые космологические следствия
Большой Взрыв: Результат столкновения или топологического контакта бран A и B. Это привело к инфляции браны B, «выдергиванию» струн-нуклонов из браны А и образованию всей барионной материи в бране В. Область контакта (проникновения браны А в брану В ) радиусом примерно один световой год. В этой области плотность вещества в момент контакта равна ядерной плотности. Начало инфляционного расширения браны В
Электрическая нейтральность Вселенной: Колоссальный положительный заряд «пробоя» автоматически нейтрализовался изначальным электронным фоном браны B.
Ускоренное расширение (Тёмная энергия): Может объясняться остаточным электростатическим отталкиванием между расширяющейся барионной сферой и «нагребённым» отрицательно заряженным слоем изначального вещества браны B на её границе.
Стабильность вещества и законы сохранения: Законы сохранения в бране B выполняются локально, но система брана A + брана B + струны является замкнутой. Наблюдаемые во Вселенной законы — проекция законов этой большей системы.
Ядерные силы как "коллективное закрепление"
Атомное ядро — это не просто скопление частиц, а сеть связанных струн.
- Протон выступает в роли "якоря" или "портала". Его конец в бране А обеспечивает всей конструкции связь с родной метрикой и законами А.
- Нейтрон в ядре не является свободным. Струна нейтрона в бране В оказывается не "вырванным", а "привязанным" к структуре, стабилизированной протонным "якорем". Он интегрируется в общую сеть.
- Ядерные силы (сильное взаимодействие в нашем мире) — это проявление этой коллективной топологии связи. Это не фундаментальная сила браны В, а эмерджентное свойство сети струн, соединяющих браны А и В. Обмен виртуальными пи-мезонами в этой картине можно рассматривать как обмен короткоживущими конфигурациями в этой сети.
Трансляция метрики и законов: Протон как стабилизирующий интерфейс
Законы и метрика браны А (где нет гравитации, но есть чудовищная плотность) принципиально иные, следовательно
- Свободный нейтрон в бране В пытается "жить" по чужим законам (гравитация, ЭМ) и разрушается.
- Протон в ядре, будучи закреплён одним концом струны в А, "транслирует" или "экранирует" часть законов А в локальную область браны В. Внутри атомного ядра создаётся гибридная зона, где действуют модифицированные законы, допускающие стабильное существование нейтрона. Протон выступает стабилизирующим интерфейсом.
Механизм образования нейтрона (электронный захват / обратный бета-распад)
Стандартное описание:
p⁺ + e⁻ → n + νₑ (протон захватывает электрон, превращаясь в нейтрон с испусканием нейтрино).
Динамика струн и взаимодействие с бранами А и В:
- "Вдавливание" электрона: Электрон (лептон из В) с огромной энергией (при сжатии) взаимодействует с протонной струной.
- "Разрыв связи с браной А": Это взаимодействие разрывает "закрепление" одного конца струны в бране А. Энергия связи высвобождается.
- "Закрепление в бране В" и выброс энергии: Освободившийся конец струны фиксируется в бране В. Высвободившаяся энергия "разрыва" не может остаться в струне и выбрасывается в В в виде нейтрино — "свидетеля" перехода.
- Итог: Протон (конфигурация А→В) превращается в нейтрон (конфигурация В→В). Оба конца теперь в В, что метастабильно.
Механизм распада свободного нейтрона
Стандартное описание:
n → p⁺ + e⁻ + ν̄ₑ (нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино).
Динамика струн и взаимодействие с бранами А и В:
- "Виртуальное закрепление в А": Метастабильный конец струны нейтрона в В "пытается" восстановить связь с родной браной А.
- "Вибрирующее закрепление и выброс энергии": В момент успешного "закрепления" этого конца в А происходит вибрация (перераспределение энергии) по струне. Избыточная энергия выбрасывается в брану В в виде антинейтрино — "свидетеля" обратного перехода. Выброс энергии идёт в брану с минимальной энергией.
- "Потеря связи и выброс электрона": Второй конец струны (который был в В) теряет свою парную связь в этом процессе. Эта "потерянная" степень свободы проявляется в рождении электрона в бране В.
- Итог: Нейтрон (В→В) превращается в протон (А→В). Система переходит в энергетически выгодное состояние.
Симметрия и роль нейтрино
Нейтрино и антинейтрино — не случайные продукты, а прямые свидетели "переключения" концов струны между бранами:
- Нейтрино (νₑ) — испускается при разрыве связи с А и закреплении в В (рождение нейтрона).
- Антинейтрино (ν̄ₑ) — испускается при восстановлении связи с А (распад нейтрона).
Они выступают переносчиками лептонного числа, которое в этой модели можно трактовать как учёт баланса "привязок" концов струн к бране В.
Что эта объясняет эта модель
- Конфайнмент (Невылетание кварков): Мы не видим кварки не потому, что их «удерживает» сила, а потому, что они существуют в другом измерении реальности (в бране A). В "нашей" бране B мы видим лишь их интегральный, «спроецированный» эффект — адрон (протон, нейтрон, мезон).
- Природа массы (Проблема иерархии): 99% массы протона возникает из энергии глюонного поля в бране A. В "нашей" бране B это воспринимается просто как «масса». Таким образом, масса — это проекция энергии взаимодействий из другого слоя.
- Разделение гравитации и квантового мира (Главная проблема физики): Гравитация действует в бране B, а сильное взаимодействие — в бране A. Они буквально «живут в разных мирах». Их объединение требует не новой силы, а понимания того, как информация передаётся по струне-нуклону между слоями.
- Проблема «точечности» частиц: В Стандартной модели электрон точечен. В модели он может быть чистой возбуждённой модой браны B. Это объясняет, почему у него нет сильного взаимодействия.
Решение проблемы Стандартной Модели: происхождение электронов и зарядовой нейтральности
В стандартной космологии:
- Кварк-глюонная плазма ранней Вселенной была электрически нейтральной в среднем, но состояла из заряженных компонентов (кварков).
- При адронизации (образовании протонов и нейтронов) возникает грандиозный положительный заряд ядерной материи.
- Для его нейтрализации требуется точное, с точностью до 10³⁸ знака, рождение равного числа электронов. Механизм этого тончайшего баланса неочевиден и часто просто постулируется.
Механизм нейтрализации в данной модели
Изначальное состояние браны В: Холодное или тёплое, заполненное электронами и фотонами. Это могла быть равновесная плазма или даже своеобразный "электронный конденсат". Брана В изначально несёт отрицательный электрический заряд.
Большой Взрыв как "пробой": Из браны А в брану В при столкновении вытягиваются струны-нуклоны, несущие колоссальный положительный барионный заряд. Этот заряд нарушает исходное состояние браны В.
Электромагнитная катастрофа и рекомбинация: Положительный заряд "пробоя" действует как гигантский катализатор:
- Он притягивает свободные электроны из браны В.
- Он может подавлять образование пар позитрон-электрон в пользу электронов.
В результате происходит масштабная, вынужденная рекомбинация: протоны (из пробоя) + электроны (из исконной среды В) → нейтральные атомы водорода.
Таким образом, электрическая нейтральность Вселенной — не случайность, а прямое и неизбежное следствие возникшей структуры. Брана В выступает в роли "буфера" или "резервуара" с отрицательным зарядом, готовым нейтрализовать любой положительный заряд, проникающий из браны А.
Программа экспериментальной проверки
Эксперимент по столкновению протонов и позитронов в рамках модели
Механизм: Столкновение протона (p⁺) и позитрона (e⁺) в данной модели — это не просто аннигиляция зарядов. Это встреча двух объектов с «обратной» топологией связи:
- Протон: Струна А→В.
- Позитрон: В рамках модели его можно рассматривать как «дырку» в электронном море браны В или объект, чья природа анти-совместима с закреплением в В.
- В момент соударения позитрон, как «анти-ключ» к бране В, вызывает катастрофическую переконфигурацию: конец струны протона «отщелкивается» из браны В. Вся структура (струна) уходит в брану А.
Наблюдаемый сигнал (отличие от стандартной модели):
- Стандартный процесс: p⁺ + e⁺ → нейтрон (n) + нейтрино (νₑ) + выброс энергии (~938 МэВ) в виде фотонов и других частиц в нашем мире.
- Процесс в модели: p⁺ + e⁺ → полное исчезновение протона в бране В. Вместо нейтрона и вспышки гамма-квантов — катастрофический дефицит энергии (~938 МэВ). Детектор зафиксирует событие, но полная энергия всех вторичных частиц окажется на порядки меньше, чем энергия столкновения.
Эксперимент по столкновению протонов и положительных мюонов (μ⁺) в рамках модели
Почему мюон (μ⁺) для данного эксперимента лучше позитрона (e⁺)?
Большая масса (~207 mₑ): Более тяжёлая частица обладает меньшей длиной волны де Бройля, что повышает вероятность туннелирования в область протона и «достижения» его кварк-глюонной сердцевины для взаимодействия.
Взаимодействие через слабую силу: В отличие от электрона, мюон может напрямую взаимодействовать с кварками протона не только электромагнетизмом, но и через слабое взаимодействие (обмен W/Z-бозонами). В представленной модели слабое взаимодействие может быть ключевым для «манипуляции» связью между бранами.
Существующие экспериментальные установки: Пучки мюонов и антимюонов уже производятся и используются, например, в проекте Muon g-2 (Фермилаб) или планируются для будущего Мюонного коллайдера.
Механика процесса в рамках модели
Если позитрон — «анти-ключ» к бране В, то положительный мюон можно рассматривать как его более тяжёлую и мощную версию. Столкновение p⁺ + μ⁺ могло бы приводить к аналогичному результату: «отрыв» конца протонной струны от браны В и её полное «втягивание» в брану А.
Сигнатура события остаётся прежней и уникальной:
- Полное исчезновение протона и возможно мюона из детектора.
- Катастрофический дефицит энергии (~1.044 ГэВ = 938 МэВ от протона + 106 МэВ от мюона), который невозможно объяснить в рамках Стандартной модели.
Ключевые отличия от процессов Стандартной модели
Стандартная модель предсказывает для системы (p⁺ + μ⁺) совершенно иные исходы, например:
- Упругое рассеяние: p⁺ + μ⁺ → p⁺ + μ⁺ (частицы разлетаются).
- Неупругие процессы с рождением резонансов: p⁺ + μ⁺ → n + ν_μ + μ⁺? (с участием слабых сил).
- Рождение новых частиц при высоких энергиях.
Ни один из этих процессов не приводит к полному исчезновению двух частиц с суммарной массой ~1.044 ГэВ без образования компенсирующих вторичных частиц. (обмен W/Z-бозонами). В данной модели слабое взаимодействие может быть ключевым для «манипуляции» связью между бранами.
"Холодная" трансмутация элементов
Если антимюон (μ⁺) вызывает «исчезновение» протона из ядра, то остаточное ядро испытает катастрофическую трансмутацию без выделения радиоактивности — процесс, не имеющий аналогов в известной ядерной физике.
Для примера возьмём атомное ядро, например, алюминия-27 (13 протонов, 14 нейтронов).
- Событие: Антимюон сталкивается с одним из протонов в ядре и «отрывает» его в брану А.
- Непосредственный результат: Ядро мгновенно превращается в ядро с 12 протонами и 14 нейтронами — это магний-26.
- Ключевые отличия от известных ядерных реакций:
- Нет выброса альфа-частиц, протонов или нейтронов.
- Нет гамма-излучения от перехода в возбуждённое состояние (энергия ушла в брану А).
- Нет образования радиоактивных изотопов — получается стабильный магний-26.
- Происходит чистая трансмутация «вниз» по таблице Менделеева.
Космологические предсказания данной модели
В рамках данной модели можно попытаться оценить скорость «ударной волны» от столкновения бран, как показано в начале статьи. Ключевое уточнение: в этой модели скорость расширения нашей барионной Вселенной в бране В и есть фронта «ударной волны».
Формальная оценка параметров сферической ударной волны
Существует теория барионных акустических колебаний (БАК), которые тоже можно представить как сферическую звуковую волну в плазме ранней Вселенной. Кроме того, есть альтернативная «волновая теория» расширения, которая математически описывает ударную волну от взрыва. Её выводы можно использовать для ориентировочной оценки.
Начальные условия «взрыва»: В момент столкновения бран (t=0) можно предположить, что ударная волна стартовала с околосветовой или сверхсветовой скоростью (в рамках инфляции).
Замедление и ускорение: После инфляции волна, по логике данной модели, должна была замедляться из-за гравитационного притяжения всей массы внутри сферы (барионы + тёмная материя). В какой-то момент (соответствующий в стандартной модели началу доминирования тёмной энергии) «нагребённая» фронтом ударной волны масса браны В стала достаточно большой, чтобы её притяжение превзошло торможение и начало «подтягивать» фронт волны, вызывая наблюдаемое ускорение.
Прямой расчёт скорости: Для конкретной оценки нужна динамическая модель, связывающая массу «нагребённого» слоя, радиус сферы и скорость. Без неё мы можем опираться только на наблюдаемый параметр — постоянную Хаббла H₀ ≈ 73 (км/с)/Мпк.
«Нагребённый слой» материи браны В — это отличный кандидат на роль тёмной материи. Её гравитация не тормозит, а ускоряет расширение, так как она не находится внутри сферы, а окружает её снаружи, создавая эффективное «притяжение» внешней оболочки.
Граница Вселенной как динамический фронт
При остановке ударной волны (скорость 73 км/с это фактически остановка), «нагребённый» слой браны В и барионная материя на границе начали гравитационно взаимодействовать - на границе ударной волны уже начался процесс кластеризации.
Как может выглядеть этот процесс:
- «Гранулы» (ячейки сверхскоплений): В центре каждой «гранулы» диаметром в миллиарды световых лет будет находиться гигантский прото-кластер — область, где нагребённая тёмная материя браны В наиболее эффективно притянула к себе барионный газ. Это будущее ядро невиданного сверхскопления галактик.
- "Межгранульное пространство" (космические пустоты): По границам этих ячеек будут формироваться гигантские войды (пустоты), откуда вещество «стекает» к центрам притяжения. Это будут самые большие пустые области в космосе, ограниченные «стенами» из вещества.
- Динамика: Процесс не статичен. Одни «гранулы» могут поглощать соседние, формируя ещё более крупные мегаструктуры. Другие — распадаться, если гравитационная связь окажется слабее внутренних напряжений (например, от вращения).
Что это значит для наблюдаемой космологии сейчас?
Если этот процесс начался, его следы мы должны искать на самом большом масштабе и на самом большом красном смещении (то есть в самых далёких, а значит, и самых древних областях, которые мы видим молодыми).
- Предсказание гигантских прото-структур: Телескопы (как JWST и будущий Nancy Grace Roman) должны находить в ранней Вселенной (z > 6-10) не случайные скопления протогалактик, а зачатки упорядоченной сети с характерным размером ячейки. Этот масштаб может быть ключевым параметром, указывающим на массу и свойства «нагребённого» слоя.
- Анизотропия в разных направлениях: Так как кластеризация началась на границе, а мы находимся внутри, карта распределения самого далёкого вещества может показать крупномасштабную асимметрию. Например, в одном полушарии неба структуры будут крупнее или чаще, чем в другом, что нарушает космологический принцип однородности.
- Температурные аномалии в реликтовом излучении (CMB): Если процесс кластеризации сопровождался выделением энергии (например, при падении барионного газа в гравитационные ямы тёмной материи), то на картах CMB могут остаться гигантские, слабые «холодные» или «тёплые» пятна — отпечатки этих древнейших энерговыделений.
Из модели «Двухбранного связанного континуума» следует небанальный вывод о природе разума, но о нём - в следующей статье.