Сегодня шоу «Ньютон для чайников» отправляется на Лыткаринский завод оптического стекла холдинга «Швабе». Но опять же, возможно, слияние квантовой теории с теорией относительности даст нам лазейку и позволит Вселенной уцелеть. Есть и другой «небольшой бонус» — это будет «теория всего»: элегантное универсальное уравнение, объясняющее устройство мира, ключ к пониманию Вселенной, о котором так мечтают ученые.
Теории происхождения Вселенной и ее модели
Сегодня шоу «Ньютон для чайников» отправляется на Лыткаринский завод оптического стекла холдинга «Швабе». Сам Эйнштейн выдвинул теорию статической Вселенной, она подверглась критике и была потом практически забыта. Теория вселенной воздушного шара предполагает, что некоторые части вновь образованной Вселенной перестали расширяться вскоре после Большого Взрыва. исследование, россия, подкасты риа новости, вселенная, наука, квантовая теория, аудио, физика.
Тёмная сторона Вселенной: что такое тёмная материя и как ее найти
По случайности он затягивает в одну такую нору вместе с собой профессора, свою подружку и музыканта. Теперь, чтобы вернуться домой им придется побывать в огромном множестве миров. Узнаете «Рика и Морти»? Впрочем, в этом месте каждый сможет найти пример на свой вкус. Однако не все путешествуют в мультивселенные теми тропами, которые наметили Хокинг и Хартл. Нередко в фильмах звучат и загадочные разговоры о так называемых других измерениях. Речь о том, что, согласно общей теории относительности, вселенная включает в себя 4 измерения: длину, ширину, глубину и время. Но в 1970-м сразу несколько ученых Йоитиро Намбу, Хольгер Нильсен и Леонард Сасскинд независимо друг от друга выдвинули теорию, что не все элементарные частицы можно считать точками, а некоторые, самые мельчайшие из них, можно рассматривать как тонкие протяженные нити.
Впоследствии они получили название квантовых струн, и струны эти колеблются с разной частотой, задавая свойства материи. Так было обнаружено, что измерений вовсе не 4, их может быть 6, 10 и даже 26, просто ощущаем в нашей реальности мы только 4. И вот в этих невидимых измерениях опять же может прятаться вожделенная параллельная, невидимая нашему глазу вселенная. Та самая, в которой Мэттью МакКонахи передавал послание своей дочери в «Интерстелларе». Кадр из фильма «Интерстеллар» реж. Кристофер Нолан, 2014 В 2010-е этот поезд разогнался до максимальных мощностей. Кинематограф, кажется, всё больше уставал быть зеркалом нашей реальности и всё больше стремился быть его идеальным аватаром.
Стандартная модель фундаментальных взаимодействий обеспечивает единую структуру для трех из этих сил, но гравитация не может быть последовательно включена в эту картину. Несмотря на точное описание крупномасштабных явлений, таких как орбита планеты или динамика галактик, общая теория относительности разрушается на очень коротких расстояниях. Согласно стандартной модели, все силы опосредуются определенными частицами. Для гравитации частица, называемая гравитоном, выполняет свою работу. Но, пытаясь рассчитать, как взаимодействуют эти гравитоны, появляются бессмысленные бесконечности. Согласованная теория гравитации должна быть действительной в любом масштабе и должна учитывать квантовую природу основных частиц. Это позволило бы приспособить гравитацию в единой структуре с другими тремя фундаментальными взаимодействиями, тем самым обеспечив знаменитую теорию всего. Конечно, с момента смерти Эйнштейна в 1955 году был достигнут большой прогресс, и в настоящее время лучший кандидат для этого выходит в свет под именем М-теории. Струнная революция Чтобы понять основную идею М-теории, нужно вернуться к 1970-м годам, когда ученые поняли, что вместо описания Вселенной, основанной на точечных частицах, вы можете описать ее в терминах крошечных колеблющихся струн трубок энергии. Этот новый образ мышления о фундаментальных составляющих природы оказался подходящим для решения многих теоретических проблем.
Прежде всего, конкретное колебание струны можно интерпретировать как гравитон. И в отличие от стандартной теории гравитации теория струн может математически описывать свои взаимодействия, не получая странных бесконечностей. Таким образом, гравитация была наконец окончательно включена в единую структуру. После этого захватывающего открытия теоретические физики приложили много усилий для понимания последствий этой оригинальной идеи.
Как объяснил в интервью RT... Согласно инфляционной модели, без скалярного поля расширение Вселенной быстро замедлилось бы по мере падения её плотности. Однако скалярное поле вносит свой вклад, и расширение Вселенной продолжается. Она настолько огромна, что мы можем видеть только её ничтожно маленькую часть.
Как я упомянул, переносчиками скалярного поля являются бозоны, один из них был открыт экспериментально на Большом адронном коллайдере — бозон Хиггса. Сегодня инфляционная модель Вселенной доминирует, её придерживаются ведущие мировые физики-теоретики, включая наших соотечественников, например Алексея Александровича Старобинского. В частности модели отскока, согласно которой Вселенная существует циклически: за стадией расширения следует стадия сжатия, затем всё повторяется. А также модели мультивселенной, сторонники которой считают, что есть множество Вселенных. Получают ли эти гипотезы экспериментальное подтверждение? Нужно отметить, что пока альтернативные теории выглядят довольно спекулятивно. Суть идеи в том, что если Вселенная родилась за счёт пульсации скалярного поля, то это событие могло произойти не единожды. Либо оно может повторяться многократно, либо в разных местах — тогда от нашей Вселенной могут отщепляться другие Вселенные.
Последнюю идею выдвинул Андрей Линде, один из основателей инфляционной модели Вселенной. Он предполагал, что раз существует много видов скалярных полей, то может существовать и много видов Вселенных, где действуют разные физические законы. Вселенная растёт, флуктуирует и воспроизводит себя в различных формах — можно сравнить эту модель с кактусом, от которого отпочковываются новые побеги. Модель, в которой постоянно идёт процесс зарождения новых Вселенных, называется стационарной моделью. Это довольно интересная попытка учёных уйти от ответа на вопрос о начале и конце Вселенной. Мы вошли в XXI век с двумя чемоданами, которые невозможно бросить, но трудно нести: в одном чемодане находится концепция тёмной материи, во втором — тёмной энергии. Поэтому сейчас даже звучат предложения как-то переработать теорию относительности Эйнштейна, чтобы хотя бы объединить и объяснить эти два «чемодана». Продолжается ли эволюция химического состава Вселенной сегодня?
Могут ли возникнуть совершенно новые химические элементы? Дело в том, что они рождаются в звёздах, а также при столкновении нейтронных звёзд. Нейтронная звезда — это звезда, состоящая из сверхтекучей ядерной жидкости, где все частицы — барионы протоны и электроны — сжаты до чрезвычайно высокой плотности. В нейтронные звёзды превращаются со временем массивные звёзды. Также по теме Вне Стандартной модели: учёные исследовали спектры радиоактивных молекул в поисках новых законов физики Учёные Курчатовского института в составе международной группы Европейской организации по ядерным исследованиям ЦЕРН впервые в мире...
Существуют ли параллельные вселенные? Астрофизики предполагают, что пространство-время может быть плоским, а не искривленным, и, таким образом, длится вечно.
Если так, то область, которую мы можем видеть «Вселенную» , является всего лишь одним пятном в бесконечно большой мультивселенной. Таким образом, с бесконечным числом космических пятен расположение частиц внутри них вынуждено повторяться — бесконечно много раз. Это означает, что существует бесконечно много параллельных вселенных: космические участки, точно такие же, как наши с нашими альтер эго. Что ждет Вселенную в будущем? Если темной энергии не существует, такая Вселенная перестанет расширяться и вместо этого начнет сжиматься, в конечном итоге схлопываясь в событии, получившем название «Большое сжатие». Если Вселенная закрыта, но темная энергия есть, сферическая Вселенная будет расширяться вечно. В таком случае ее окончательная судьба — это Большое замораживание, за которым следует Большой разрыв: сначала внешнее ускорение Вселенной разорвет галактики и звезды на части, оставив всю материю холодной и одинокой.
Затем ускорение станет настолько сильным, что пересилит действие сил, удерживающих атомы вместе, и все разорвется на части. Если темная энергия существует, плоская Вселенная в конечном счете подвергнется безудержному расширению, ведущему к Большому разрыву. Независимо от того, как это происходит, Вселенная умирает, и этот факт подробно обсуждался астрофизиком Полом Саттером.
М теория вселенной для чайников. Теория струн
Сперва нам стоит разобраться с понятием вселенной. Грубо говоря, вселенная — всё, что нас окружает. Тут стоит сделать небольшое разграничение. Наблюдаемая вселенная является предметом изучения физики, космологии, астрономии и так далее. В этой статье мы поговорим о наблюдаемой вселенной. И так, начнём с происхождения.
Хотя, помня про ее теперешние размеры и скорость света, мы скорее должны наблюдать некие «холодные области», а не постоянный космический микроволновый фон. Если опустить детали, то Жуан Магейжу и Ниайеш Афшорди из Имперского колледжа Лондона Великобритания считают , что в гораздо более молодой и горячей Вселенной скорость света была ощутимо выше, что позволяло ей быстрее преодолевать большие расстояния. Скорость света стремится к бесконечности и распространяется намного быстрее, чем гравитация. Это фазовый переход, подобный тому, как вода превращается в пар», — говорят исследователи. Плотность ранней Вселенной была значительно выше — об этом ранее заявили и другие ученые, основываясь на данных космического фонового излучения. Так, скорость света в первые секунды после Большого взрыва была несколько выше — в 0,96478 раза. Существующие оценки имеют спектральный индекс 0,968. Вполне возможно, что свет не всегда был таким медленным. Мультивселенная реальна? С традиционной точки зрения на Большой взрыв, чтобы объяснить однородность упоминаемого выше постоянного микроволнового фона, необходимо принять за постулат «ранний всплеск сверхбыстрого расширения» — то есть модель космической инфляции. Некоторые ученые предполагают: когда наша Вселенная вышла из этой фазы, она была всего лишь одним крошечным пузырем в огромном море раздувающегося пространства. Согласно теории, названной американским физиком-теоретиком Полом Стейнхардтом «вечной инфляцией», в других частях этого инфляционного моря возникают и другие «вселенные-пузыри», и весь этот ансамбль составляет именитую «мультивселенную». Теория становится еще интереснее, если предположить, что в других вселенных не действуют те же законы физики, что и в нашей: для этого просто нет оснований. Например, в некоторых может быть иная сила гравитации или скорость света. Вечная симуляция Кажется, это одно из самых распространенных и в то же время фантастических предположений, которое задается одним вопросом: а что, если мы все просто живем «во сне»? Другими словами, речь про некое симуляционное пространство, в котором люди играют роли, казалось бы, самовоспроизводящегося кода.
Квантовая физика изучает мельчайшие природные частицы, а ОТО, как правило, описывает природу в масштабах планет, галактик и вселенной в целом. Гипотезы, которые пытаются объединить их, называются теориями квантовой гравитации. Наиболее перспективной из них сегодня является струнная. Замкнутые нити соответствуют поведению силы тяжести. В частности, они обладают свойствами гравитона, частицы, переносящей гравитацию между объектами. Объединение сил Теория струн пытается объединить четыре силы — электромагнитную, сильные и слабые ядерные взаимодействия, и гравитацию — в одну. В нашем мире они проявляют себя как четыре различные явления, но струнные теоретики считают, что в ранней Вселенной, когда были невероятно высокие уровни энергии, все эти силы описываются струнами, взаимодействующими друг с другом. Суперсимметрия Все частицы во вселенной можно разделить на два типа: бозоны и фермионы. Теория струн предсказывает, что между ними существует связь, называемая суперсимметрией. При суперсимметрии для каждого бозона должен существовать фермион и для каждого фермиона — бозон. К сожалению, экспериментально существование таких частиц не подтверждено. Суперсимметрия является математической зависимостью между элементами физических уравнений. Она была обнаружена в другой области физики, а ее применение привело к переименованию в теорию суперсимметричных струн или теория суперструн, популярным языком в середине 1970 годов. Одним из преимуществ суперсимметрии является то, что она значительно упрощает уравнения, позволяя исключить некоторые переменные. Без суперсимметрии уравнения приводят к физическим противоречиям, таким как бесконечные значения и воображаемые энергетические уровни. Поскольку ученые не наблюдали частицы, предсказанные суперсимметрией, она все еще является гипотезой. Эти частицы могли существовать в ранней вселенной, но так как она остыла, и после Большого взрыва энергия распространилась, эти частицы перешли на низкоэнергетические уровни. Другими словами, струны, вибрировавшие как высокоэнергетические частицы, утратили энергию, что превратило их в элементы с более низкой вибрацией. Ученые надеются, что астрономические наблюдения или эксперименты с ускорителями частиц подтвердят теорию, выявив некоторые из суперсимметричных элементов с более высокой энергией. Дополнительные измерения Другим математическим следствием теории струн является то, что она имеет смысл в мире, число измерений которого больше трех. В настоящее время этому существует два объяснения: Дополнительные измерения шесть из них свернулись, или, в терминологии теории струн, компактифицировались до невероятно малых размеров, воспринять которые никогда не удастся. Мы застряли в 3-мерной бране, а другие измерения простираются вне ее и для нас недоступны. Важным направлением исследований среди теоретиков является математическое моделирование того, как эти дополнительные координаты могут быть связаны с нашими. Последние результаты предсказывают, что ученые в скором времени смогут обнаружить эти дополнительные измерения если они существуют в предстоящих экспериментах, так как они могут быть больше, чем ожидалось ранее. Понимание цели Цель, к которой стремятся ученые, исследуя суперструны — «теория всего», т. В случае успеха она могла бы прояснить многие вопросы строения нашей вселенной. Объяснение материи и массы Одна из основных задач современных исследований — поиск решения для реальных частиц. Теория струн начиналась как концепция, описывающая такие частицы, как адроны, различными высшими колебательными состояниями струны.
Значит, гравитацию можно будет включить в объединенную структуру. После этого волнительного открытия физики-теоретики приложили много усилий, чтобы осознать его последствия. Но, как это часто случается с научными исследованиями, история теории струн полна взлетов и падений. Сперва люди были озадачены тем, что она предсказывала существование частицы, которая движется быстрее света, так называемый «тахион». Это предсказание вошло в противоречие со всеми экспериментальными наблюдениями и бросило серьезную тень на теорию струн. Она предсказывает, что у каждой частицы есть свой суперпартнер и, по необычному совпадению, то же самое условие фактически устраняет тахион. Другая необычная особенность в том, что теория струн требует существования десяти пространственно-временных измерений. В настоящее время нам известно лишь четыре: глубина, высота, ширина и время. Хотя это похоже на серьезное препятствие, предлагалось уже несколько решений, и в настоящее время это все видится скорее необычной особенностью, нежели проблемой. Например, мы могли бы существовать в четырехмерном мире без какого-либо доступа к дополнительным измерениям. Однако различные компактификации привели бы к иным значениям физических констант и иным законам физики. М-теория Оставалась еще одна проблема, которая не давала покоя теоретикам струн того времени.
10 самых загадочных и необъяснимых тайн Вселенной
Однако, когда исследователи сравнили предсказания ПКК с фактическими данными космического микроволнового фона CMB с 2009 по 2013 год, предоставленными космической обсерваторией Planck, они не обнаружили никаких ощутимых признаков этих аномалий. Слишком много накопленного хаоса Несмотря на эти открытия, вопрос о происхождении Вселенной остается открытым. Сторонники Большого взрыва утверждают, что у нее было начало, но это оставляет открытым вопрос о непостижимой сингулярности, с которой все началось. С другой стороны, теории циклических космологий предполагают, что Вселенная бессмертна и проходит через бесконечные возрождения. По-настоящему циклическая Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она состоит из серии отскоков, которые проходят бесконечное число циклов и продолжаются до бесконечности. А поскольку у такой вселенной нет начала, то нет ни Большого взрыва, ни сингулярности.
Но теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из таких струн невообразимо мала. Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево. Так же, как различные колебания струны виолончели создают то, что мы слышим, как разные музыкальные ноты, различные способы моды вибрации струны придают частицам их уникальные свойства — массу, заряд и прочее. Знаете, чем, условно говоря, отличаются протоны в кончике вашего ногтя от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются. Конечно, все это более чем удивительно. Еще со времен Древней Греции физики привыкли к тому, что все в этом мире состоит из чего-то вроде шаров, крошечных частиц. И вот, не успев привыкнуть к алогичному поведению этих шаров, вытекающему из квантовой механики, им предлагается вовсе оставить парадигму и оперировать какими-то обрезками спагетти... Пятое измерение Хотя многие ученые называют теорию струн триумфом математики, некоторые проблемы у нее все же остаются — прежде всего, отсутствие какой-либо возможности в ближайшее время проверить ее экспериментально. Ни один инструмент в мире, ни существующий, ни способный появиться в перспективе, «увидеть» струны неспособен. Поэтому некоторые ученые, кстати, даже задаются вопросом: теория струн — это теория физики или философии?.. Правда, видеть струны «воочию» вовсе не обязательно. Для доказательства теории струн требуется, скорее, другое — то, что звучит как научная фантастика — подтверждение существования дополнительных измерений пространства. О чем идет речь? Все мы привыкли к трем измерениям пространства и одному — времени. Но теория струн предсказывает наличие и других — дополнительных — измерений. Но начнем по порядку. На самом деле, идея о существовании других измерений возникла почти сто лет назад. Пришла она в голову никому не известному тогда немецкому математику Теодору Калуца в 1919 году. Он предположил возможность наличия в нашей Вселенной еще одного измерения, которое мы не видим. Об этой идее узнал Альберт Эйнштейн, и сначала она ему очень понравилась. Позже, однако, он засомневался в ее правильности, и задержал публикацию Калуцы на целых два года. В конечном счете, правда, статья все-таки была опубликована, а дополнительное измерение стало своеобразным увлечением гения физики. Как известно, Эйнштейн показал, что гравитация есть не что иное, как деформация измерений пространства-времени. Калуца предположил, что электромагнетизм тоже может быть рябью. Почему же мы ее не наблюдаем? Калуца нашел ответ на этот вопрос — рябь электромагнетизма может существовать в дополнительном, скрытом измерении. Но где оно? Ответ на этот вопрос дал шведский физик Оскар Клейн, который предположил, что пятое измерение Калуцы свернуто в миллиарды раз сильнее, чем размеры одного атома, поэтому мы и не можем его видеть. Идея о существовании этого крошечного измерения, которое находится повсюду вокруг нас, и лежит в основе теории струн. Одна из предполагаемых форм дополнительных закрученных измерений. Внутри каждой из таких форм вибрирует и движется струна — основной компонент Вселенной. Все они имеют очень закрученную и искривленную сложную форму. И все — невообразимо малы. Каким же образом эти крошечные измерения могут оказывать влияние на наш большой мир? Согласно теории струн, решающее: для нее все определяет форма. Когда на саксофоне вы нажимаете разные клавиши, вы получаете и разные звуки. Это происходит потому, что при нажатии той или иной клавиши или их комбинации, вы меняете форму пространства в музыкальном инструменте, где циркулирует воздух. Благодаря этому и рождаются разные звуки. Теория струн полагает, что дополнительные искривленные и закрученные измерения пространства проявляются похожим образом. Формы этих дополнительных измерений сложны и разнообразны, и каждое заставляет вибрировать струну, находящуюся внутри таких измерений, по-разному именно благодаря своим формам. Ведь если предположить, например, что одна струна вибрирует внутри кувшина, а другая — внутри изогнутого почтового рожка, это будут совершенно разные вибрации. Впрочем, если верить теории струн, на деле формы дополнительных измерений выглядят куда сложнее кувшина. Как устроен мир Науке сегодня известен набор чисел, которые являются фундаментальными постоянными Вселенной. Именно они определяют свойства и характеристики всего вокруг нас. Среди таких констант, например, заряд электрона, гравитационная постоянная, скорость света в вакууме... И если мы изменим эти числа даже в незначительное число раз — последствия будут катастрофическими. Предположим, мы увеличили силу электромагнитного взаимодействия. Что же произошло? Мы можем вдруг обнаружить, что ионы стали сильнее отталкиваться друг от друга, и термоядерный синтез, который заставляет звезды светить и излучать тепло, вдруг дал сбой. Все звезды погаснут. Но причем здесь теория струн с ее дополнительными измерениями? Дело в том, что, согласно ей, именно дополнительные измерения определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют одну струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют по-другому, и порождают электрон. Воистину бог кроется в «мелочах» — именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира. Теория суперструн В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид, но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло целых пять версий теории струн. И хотя каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях все пять версий объединены в общую теорию суперструн — NS , в деталях эти версии расходились значительно. Так, в одних версиях струны имели открытые концы, в других — напоминали кольца. А в некоторых вариантах теория даже требовала не 10, а целых 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова махнули рукой на «сумасбродную» теорию. Но самая главная проблема струн, как уже было сказано, в невозможности по крайней мере, пока доказать их наличие экспериментальным путем. Некоторые ученые, однако, все же поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Хотя большинство, конечно, уверено, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро — как минимум через десятилетия, как максимум — даже через сотню лет. Красивым поэтическим словосочетанием «теория струн» названо одно из направлений в теоретической физики, объединяющее в себе идеи теории относительности и квантовую механику. Данное направление физики занимается изучением квантовых струн — то есть одномерных протяженных объектов. В этом состоит его основное отличие от множества других разделов физики, в которых изучается динамика точечных частиц. В своей основе Теория струн отрицает и утверждает, что Вселенная существовала всегда. То есть, Вселенная представляла собой не бесконечно малую точку, а струну с бесконечно малой длиной, при этом теория струн гласит о том, что мы живем в десятимерном пространстве, хотя ощущаем всего лишь 3-4. Остальные существуют в свернутом состоянии, и если вы решили задать вопрос: «Когда же они будут разворачиваться, и произойдет ли это вообще когда-нибудь? Математика его попросту не нашла — струнную теорию невозможно доказать опытным путем. Правда, были попытки разработать универсальную теорию, чтобы можно было проверять ее практически. Но чтобы это случилось, ее нужно сделать настолько упрощенной, чтобы она доходила до нашего уровня восприятия реальности. Тогда идея проверки полностью лишается смысла.
Есть много претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию. И есть еще один подход, который полностью меняет наше понимание пространства и времени. Теория причинных множеств. Во всех современных теориях физики пространство и время непрерывны. Они образуют гладкую ткань, лежащую в основе всей реальности. В таком непрерывном пространстве-времени две точки могут быть как можно ближе друг к другу в пространстве, и два события могут происходить как можно ближе друг к другу по времени. Но другой подход, называемый теорией причинных множеств, переосмысливает пространство-время как серию дискретных фрагментов или пространственно-временных «атомов». Эта теория наложила бы строгие ограничения на то, насколько близко могут быть события в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер «атома». Например, если вы смотрите на свой экран и читаете этот текст, все кажется гладким и непрерывным. Но если вы посмотрите на один и тот же экран через увеличительное стекло, вы можете увидеть пиксели, разделяющие пространство, и вы обнаружите, что невозможно приблизить два изображения на экране ближе, чем на один пиксель. Начало времени.
Он обозначается буквой S. В каждом процессе есть определенное количество энергии, которое не может быть преобразовано в работу. Вместо этого она превращается в тепло. Тепло увеличивает беспорядок, или энтропию, изолированной системы. А поскольку всегда существует некоторая степень неиспользуемой энергии, которая превратится в тепло, второй закон термодинамики утверждает, что в изолированных системах всегда будет происходить увеличение энтропии. Третий закон термодинамики гласит, что энтропия системы приближается к постоянному значению по мере приближения температуры к абсолютному нулю. Если температура системы равна абсолютному нулю нижний предел в термодинамической шкале температур , то энтропия также будет равна нулю. Кто ввел понятие энтропии? Изучая сохранение механической энергии в своей работе " Основные принципы равновесия и движения" 1803 , французский математик Лазар Карно предложил, что ускорения и удары движущихся частей в машине представляют собой "потери момента активности". Момент активности" Карно сопоставим с современным понятием работы в термодинамике. Таким образом, в любом естественном процессе существует неотъемлемая тенденция к рассеиванию полезной энергии. Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус Другие ученые исследовали эту "потерянную" энергию, и в последней половине 19 века они указали, что это не настоящее исчезновение, а преобразование. Это и есть концепция сохранения энергии, которая проложила путь к первому закону термодинамики. В 1850-х годах он представил изложение Второго закона термодинамики применительно к тепловому насосу. Заявление Клаузиуса подчеркивало тот факт, что невозможно построить устройство, работающее по циклу и не производящее никакого другого эффекта, кроме передачи тепла от более холодного тела к более горячему. В 1860-х годах он придумал слово "энтропия" от греческого слова, означающего превращение, или поворотный пункт, для обозначения необратимой потери тепла. Он описал ее как функцию состояния в термодинамическом цикле, в частности в цикле Карно, теоретическом цикле, предложенном сыном Лазаря Карно, Сади Карно. В 1870-х годах австрийский физик и философ Людвиг Больцман переосмыслил и адаптировал определение энтропии к статистической механике. Ближе к тому, что подразумевает этот термин сейчас, он описывает энтропию как измерение всех возможных микро-состояний в системе, макроскопическое состояние которой было изучено. Как могут измениться все наблюдаемые свойства системы? Сколькими способами? Эти вопросы охватывают понятие беспорядка, которое лежит в основе одного из понятий энтропии. Находится ли Вселенная в состоянии энтропии? Еще в 19 веке Рудолф Клаузиус вывел, что энергия Вселенной постоянна, а ее энтропия имеет тенденцию к увеличению с течением времени. Согласно наиболее широко принятой модели возникновения Вселенной, все пространство и время были созданы в результате Большого взрыва - события, произошедшего примерно 13,8 миллиарда лет назад.
Суть теории струн
- Новая теория: Вселенная могла начаться с темного Большого взрыва
- Параллельная Вселенная: существует ли она, теории | РБК Тренды
- Происхождение Вселенной. Какие новые версии предлагает наука и религия? | Капитал страны
- Аномалии в космическом микроволновом фоне
- Происхождение Вселенной. Какие новые версии предлагает наука и религия? | Капитал страны
- Теория струн для чайников
Что находится за пределами нашей Вселенной: 5 теорий
Теория расширяющейся Вселенной – один из столпов современной космологии – господствует в науке на протяжении последних ста лет. Есть и другой «небольшой бонус» — это будет «теория всего»: элегантное универсальное уравнение, объясняющее устройство мира, ключ к пониманию Вселенной, о котором так мечтают ученые. Судьба Вселенной сильно зависит от фактора неизвестного значения — Ω, меры плотности материи и энергии во всем космосе.
Новая модель Вселенной
«М-теория является единственным «кандидатом» на законченную теорию Вселенной. Теория Большого взрыва по-прежнему является доминирующей космологической моделью, объясняющей происхождения Вселенной. Звучание Вселенной для человеческого уха недоступно, поскольку в условиях космоса молекулы вещества не сталкиваются друг с другом и не создают вибрацию, привычную для нашей барабанной перепонки. Что включает понятие «законы Вселенной» и какие из них оказывают сильное влияние на жизнь людей? Молодой астроном Эдвин Хаббл навсегда изменил представление о Вселенной.
Квантовая гравитация.
- Загадочные «нечастицы» способны расколоть Вселенную - Hi-Tech
- Что находится за пределами нашей Вселенной: 5 теорий
- Вселенная «для чайников»
- Тёмная вселенная - это конец? М-теория. Теория струн.
Теории происхождения Вселенной и ее модели
Впоследствии они получили название квантовых струн, и струны эти колеблются с разной частотой, задавая свойства материи. Так было обнаружено, что измерений вовсе не 4, их может быть 6, 10 и даже 26, просто ощущаем в нашей реальности мы только 4. И вот в этих невидимых измерениях опять же может прятаться вожделенная параллельная, невидимая нашему глазу вселенная. Та самая, в которой Мэттью МакКонахи передавал послание своей дочери в «Интерстелларе». Кадр из фильма «Интерстеллар» реж. Кристофер Нолан, 2014 В 2010-е этот поезд разогнался до максимальных мощностей. Кинематограф, кажется, всё больше уставал быть зеркалом нашей реальности и всё больше стремился быть его идеальным аватаром. Пока постепенно не стал тем самым альтернативным миром, параллельной вселенной, в которой возможно всё везде и сразу. Первые впечатляющие шаги при этом были сделаны в триллерах, взять хотя бы «Малхолланд драйв» Дэвида Линча или «Связь» Джеймса Уорда Биркита. В первом Линч, кажется, проницательно разглядел эту родовую определяющую связь между параллельными вселенными, в которых возможно всё, и миром Голливуда в котором также возможно всё. А Биркит своим успехом породил целую серию малобюждетных триллеров о неудачных экспериментах.
Во время дружеского застолья над планетой пролетала комета, близость которой привела к квантовой когерентности и возникновению множества параллельных вселенных, так что все герои должны будут встретиться с самими собой, принимающими разные решения внутри одной и той же катастрофы. Кадр из фильма «Малхолланд Драйв» реж. Дэвид Линч, 2001 Ну а когда до концепции множественных параллельных миров добрались гиганты из студии Marvel, то они мгновенно отыскали в ней огромный развлекательный и коммерческий потенциал миксовать своих персонажей, убивать, возвращать и сталкивать их с друг другом теперь можно просто бесконечно. Сегодня никто уже и не хочет вспоминать о том, что главная проблема всех научных теорий о мультивселенных — их полнейшая недоказуемость.
Возможно, они указывают на протяжённые объекты других размерностей. Над поведением теории при больших значениях константы связи сейчас и работают теоретики. M-теория и паутина взаимосвязей.
Выше мы рассмотрели, какие из теорий являются дуальными друг другу прямо или через посредника, или дуальны сами себе. Получается такой ряд групп пока не связанных друг с другом. Вот этот ряд. Поэтому в ряд можно внести дополнительные связи. И так, мы обнаружили наличие связи между всеми теориями струн. Кроме этого узнали, что существует и шестая теория 11-мерная супергравитация , которая связана с М-теорией. Все это можно изобразить таким рисунком 12.
Данная картинка является рамочным пространством для всей теории струн. Здесь находятся все шесть теорий в виде полуостровов, которые при малой константе связи указывают на наличие в природе, точнее в математике, одномерных объектов в виде струн. Это, наверное, все-таки понимают математики и поэтому не ставят перед экспериментаторами поиск этих протяженных объектов, также, как и точечных, в ускорителях, интерферометрах и другой аппаратуры. Более того через изменение констант связи и изменение вида свернутых измерений можно переходить от одной точки пространства теории к другой точке. И что интересно, при этих переходах мы тащим за собой двухмерность струны. А это значит, что ни одна из пяти теорий не смогли обнаружить в себе двухмерность струн самостоятельно. Для этого потребовалась М-теория.
Конечно, и двухмерная струна чисто математический объект. В природе таких объектов не существует. Даже слой одиночных атомов или электронов имеет определенную толщину. Одно утешение — теория идет дальше и предполагает, что существуют и трехмерные объекты в ее математических образах. Все что только мы наблюдаем и даже представляем, все, все является в виде трехмерных объектов. Кажется, описывай их, представляй взаимодействия между ними, предлагай методы измерений и изменений, в общем изучай. Так нет же — мы будем изучать все в комплексе.
К этим точечным, одномерным, двухмерным и трехмерным объектам добавим четырехмерные, пятимерные и так до девятимерных объектов. Как будь то, они у нас под ногами валяются. Их никто не видел, они никак не проявляются в нашей жизни. Они существуют только в виде формул в некоторых головах и передающихся как условный рефлекс другим, обычно студентам. И какая тут уж демократия — всего 9 бран. А как же быть с десятой, сотой или двести первой браной? Вот это будет демократия.
Состояния мембран, всех трёх типов в основном, между собой, хаотично подвижно но могут сложиться в комбинации и стабилизироватся в элементарные частицы. Физическое пространство, увеличивается в объёме за счёт, сброса, бутонами, мембран в наружу и проявляется это как тёмная энергия. Носителями элементарных частиц с не нулевой, массой покоя и тёмной материи являются в основном, сферические бутоны мембран. Носителем, элементарных частиц с нулевой массой покоя, в основном являются, наружные, развёрнутые мембраны.
Внутри, сферических бутонов, мембраны колеблется, создавая давление сброса мембран в наружу.
Если нет, я даже к экспериментатору не пойду. Он меня с порога пошлет. И вот я сижу, и понимаю, что нейросеть прекрасно объясняет тот мир, который мы знаем. Камень падает вниз. Земля вращается вокруг Солнца. Но зачем она вообще понадобилась, если мир и так был описан теорией Ньютона?
Штука в том, что Эйнштейн предсказал вещи, которые были невероятны с точки зрения Ньютона. Например, что лучи звезд «притянутся» гравитацией Солнца. В 1919 году проверили — так и есть. Еще Эйнштейн говорил, что время на Земле бежит быстрее, чем на земной орбите. Тогда этого нельзя было проверить. Сегодня спутники GPS вынуждены вносить поправку на время. Экзотическое стало обыденным.
Теория относительности сначала описала то, что есть, а потом предсказала то, чего «не было». Пока ничего. Но я сделал кульбит. Я ушел в биологию. Вот там мы и предскажем. Ты можешь объяснить какое-нибудь непонятное явление лучше других, но придется побороться с конкурирующими трактовками. В биологии же куча необъясненных фактов.
Там ничего не понятно. Это как пруд, в который можно прыгнуть, и поймать осетра руками. Я пришел к биологам, и говорю: «Ребята, если мир — это нейросеть, это ведь должно работать не только на уровне элементарных частиц, но и на уровне клеток». Те ухватились. Стали искать, что бы проверить. Все равно я не понимаю, как животные отращивают органы, если меняется среда обитания. Человек, когда переезжает на Север, шерсть на себе не отрастит.
Никто не понимает, как работает эволюция. Она просто как бы есть. Нам сразу стало ясно, что эволюция прекрасно описывается теорией обучения. Той самой, с помощью которой «учат» компьютерные нейросети. Более того, теория обучения объясняет, как появилась жизнь на Земле. Происхождение жизни — «проклятый» вопрос науки. Магниты тянутся друг к другу, как живые, молекулы соединяются в сложные конструкции, но между ними и простейшей бактерией — непроходимая пропасть.
Где эта «душа», которая есть в бактерии, но не в молекуле? Хотя биологи говорят, что «тут все понятно», со стороны их конструкции выглядят как нечестный фокус: поболтаем раствор, раз, и из него вылезает бактерия. Ну, попробуем. Ломать - не строить! И это не просто поговорка, а закон природы. Второй закон термодинамики говорит, что Вселенная стремится к беспорядку, а порядок для нее - аномалия, от которой она спешит избавиться. Энтропия — это и есть мера беспорядка.
А термодинамика — наука, изучающая, нет, не термометры, а энергии Вселенной. Вселенной «нравится» беспорядок, энтропия. Вот человек — упорядоченное скопление клеток. Он аномален. Рано или поздно во Вселенной установится полный хаос, и все сложное, включая нас, погибнет. Ведь когда-то человека не было, и звезд не было. Что-то плохо Вселенная «стремится» к беспорядку, если она, напротив, усложняется.
Мы термодинамику «подкрутили», и добавили в нее теорию обучения. Что у нас получилось? Во Вселенной есть силы, которые «хотят» хаоса. Но в ней же есть, не знаю, алгоритм, или энергия, которая, напротив, обучается и делает мир все сложнее. Обучение делает «тупую» термодинамику совершенно другой. И эта, новая, термодинамика позволяет понять, как материя, обучая сама себя, стала из неживой — живой. Квантовые физики говорят, что и камни живые, и вся Вселенная живая.
Природа меняется в зависимости от того, смотрят на нее или нет. В лаборатории фотоны действительно словно «чувствуют», наблюдают ли за ними. Жесткие гипотезы предполагают: мира нет, пока мы его не видим. В мягком варианте «наблюдателем» является не только человек, но и животное, дерево, даже камень, но из этого следует, что и камень — тоже обладает сознанием и жизнью. Но квантовый физик меня поймет. А биолог — нет. У биолога четкое разделение: вот бабочка, а вот камень.
Я ему объясняю: смотри, когда-то были только камни. Потом появились бактерии. Потом многоклеточные. Камень не двигается. Дерево тоже не двигается, но растет. Животное движется, растет, размножается. Это непрерывная цепочка усложнения природы.
И принципиальной разницы между камнем и бабочкой нет. Просто у камня меньше степеней свободы которые способны обучаться. Когда так поговорим, биологи соглашаются, как правило. Из камня же бабочку не получишь.
10 самых загадочных и необъяснимых тайн Вселенной
Эти данные будут набираться и дополняться новыми наблюдениями, что позволит со временем создать стройную теорию эволюции объектов во Вселенной и её самой. Об основных теориях смерти Вселенной рассказал главный научный сотрудник института ядерных исследований Дмитрий Горбунов. Согласно общепринятой теории относительности Вселенная включает в себя четыре измерения, среди которых длина, ширина, глубина и время. Эта система — факт биографии вселенной, но общая теория относительности вынуждена с этим фактом считаться — для этой системы уравнения общей теории относительности выглядят несравненно проще, и их решения интерпретируются однозначно.
Другая Вселенная: Астрофизики взбудоражены неожиданным открытием
Стивен Хокинг посвятил почти всю свою научную карьеру космологии — разделу астрономии, изучающему появление и эволюцию Вселенной. Помимо исследовательских работ, он выпустил несколько научно-популярных книг на эту тему — «Краткая история времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке». Согласно теории Хартла — Хокинга изначально наш мир находился в космологической сингулярности. Это состояние, для которого характерны бесконечно высокие плотность и температура вещества. В результате Большого взрыва Вселенная расширилась, образовались галактики, звезды, планеты. Она продолжает безгранично расширяться до сих пор. Описывая мир, Хокинг и Хартл рассматривали Вселенную как квантовую систему, которая одновременно находится в бесконечном множестве состояний.
Наша реальность — лишь одно из них. Помимо нее существуют параллельные миры, которые отображают все возможные исходы любых происходивших событий. Футурология Нырнул и исчез: что такое кротовые норы и почему их до сих пор не нашли Идея, согласно которой система может находиться в нескольких состояниях в одно и то же время, объясняется мысленным экспериментом Эрвина Шредингера — одного из основателей квантовой механики. Ученый привел пример с кошкой в непрозрачном ящике рядом с атомом радиоактивного вещества, который с одной и той же вероятностью может распасться или не распасться, и устройством, которое убивает или не убивает животное в зависимости от состояния частицы. Для наблюдателя, пока тот не откроет ящик, кошка будет в равной степени живой и мертвой, то есть одновременно находиться в двух состояниях. Ученый считает, что все непротиворечивые математические структуры, которые можно вычислить, существуют физически.
В параллельной вселенной это значение может быть другим, а значит, меняются решения связанных с ним уравнений. Объединяя свою и другие теории, Тегмарк предлагает четырехуровневую классификацию миров : 1-й уровень — области, которые находятся в этой вселенной, но из-за постоянного расширения пространства после Большого взрыва удаляются от нашей части мира настолько быстро, что абсолютно не влияют на нее. В них действуют привычные физические законы, но с другими первоначальными условиями. Их можно сравнить с отверстиями в хлебном мякише, которые появляются при выпечке теста. Фундаментальные законы природы в этих мирах такие же, но физические константы и элементарные частицы иные. Могут отображать альтернативные исходы событий.
В них другие физические постоянные и элементарные частицы, но такие же законы природы. Исследователи предложили рассматривать некоторые элементарные частицы например, пионы, которые по массе меньше атома как тонкие протяженные нити — так называемые квантовые струны. В 1984—1986 годах произошла суперструнная революция : физики поняли, что теорией струн гипотетически можно описать взаимодействие всех элементарных частиц, а не только пионов. Возникла идея, что квантовые нити колеблются с разными частотами и задают свойства материи, как привычные нам атомы. Согласно общепринятой теории относительности Вселенная включает в себя четыре измерения, среди которых длина, ширина, глубина и время.
Несмотря на точное описание крупномасштабных явлений, таких как орбита планеты или динамика галактик, общая теория относительности разрушается на очень коротких расстояниях. Согласно стандартной модели, все силы опосредуются определенными частицами. Для гравитации частица, называемая гравитоном, выполняет свою работу. Но, пытаясь рассчитать, как взаимодействуют эти гравитоны, появляются бессмысленные бесконечности. Согласованная теория гравитации должна быть действительной в любом масштабе и должна учитывать квантовую природу основных частиц. Это позволило бы приспособить гравитацию в единой структуре с другими тремя фундаментальными взаимодействиями, тем самым обеспечив знаменитую теорию всего. Конечно, с момента смерти Эйнштейна в 1955 году был достигнут большой прогресс, и в настоящее время лучший кандидат для этого выходит в свет под именем М-теории. Струнная революция Чтобы понять основную идею М-теории, нужно вернуться к 1970-м годам, когда ученые поняли, что вместо описания Вселенной, основанной на точечных частицах, вы можете описать ее в терминах крошечных колеблющихся струн трубок энергии. Этот новый образ мышления о фундаментальных составляющих природы оказался подходящим для решения многих теоретических проблем. Прежде всего, конкретное колебание струны можно интерпретировать как гравитон. И в отличие от стандартной теории гравитации теория струн может математически описывать свои взаимодействия, не получая странных бесконечностей. Таким образом, гравитация была наконец окончательно включена в единую структуру. После этого захватывающего открытия теоретические физики приложили много усилий для понимания последствий этой оригинальной идеи. Однако, как это часто бывает с научными исследованиями, история теории струн характеризуется взлетами и падениями.
Суть эксперимента В закрытом ящике находятся кот, емкость с синильной кислотой и радиоактивное вещество. Если это произойдет, то счетчик Гейгера зафиксирует это, и сработает механизм, который разобьет емкость с отравой, и кот умрет. Но если не произойдет, кот не пострадает. В чем парадокс?
На данный момент общепризнанной является теория большого взрыва. Суть теории заключается в том, что вселенная возникла из одной точки, называемой точкой сингулярности, по причине того самого большого взрыва. Причём этот взрыв произошёл одновременно во всех точках пространства. В этой связи вопрос «Что было до большого взрыва? На данный момент считается, что вселенная не бесконечна. Это аргументируется тем, что при бесконечности вселенной, мы бы видели свет от огромного количества звёзд, и не только звёзд.
Стивен Хокинг возлагал надежды на «М-Теорию», чтобы полностью объяснить Вселенную
Это важный параметр, который влияет на то, как Вселенная расширяется, как образуются галактики и звезды, и какой будет ее конечный исход. это увлекательная концепция, объединяющая различные теории, такие как струнная теория и супергравитация, чтобы понять природу Вселенной на самом глубоком уровне. Теория Большого взрыва по-прежнему является доминирующей космологической моделью, объясняющей происхождения Вселенной. Различные теории о функционировании Вселенной зачастую зависят от понимания гравитации — единственной силы в физике, воздействующей на материю в весьма серьезных масштабах. Согласно теории, до этого Вселенная была очень крошечной, очень горячей, плотной точкой, похожей на сингулярность, из которой возникло все, что мы видим вокруг себя.