Измерения, сделанные с помощью WMAP, т. е. микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона, посвященного современной плотности и геометрии Вселенной, поддерживают теорию Большой Заморозки.
«Белые дыры»
- Теории параллельных Вселенных
- Сны о чём-то большем: Как ученые и мультивселенная подарили человечеству научное обоснование мечты
- 11 законов энергии Вселенной - Как их применять
- История и свойства М-теории
- Существуют ли параллельные вселенные
- Происхождение Вселенной. Какие новые версии предлагает наука и религия? | Капитал страны
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
В этой статье я максимально простым языком изложу 8 самых фундаментальных законов Вселенной. Так что ей попытались найти место в теории формирования Вселенной — и, конечно, нашли. Теория Ньютона устарела, и на ее место пришла доказанная теория квантовой физики, что атомы состоят на 99,9% из чистой энергии, то есть весь мир – это энергия. Конечно, это описание Мироздания является очень упрощённым, можно сказать, что это – «Мироздание для чайников», которыми мы все с вами пока ещё являемся.
Строение и развитие Вселенной для «чайника»
Несмотря на то, что Вселенная хорошо описывается четырехмерным пространством-временем, есть несколько причин, по которым физики рассматривают теории в других измерениях. Именно законы Вселенной определяют то, что с нами происходит в жизни. Теория струн предполагает, что в нашей Вселенной существует гораздо больше измерений, чем четыре нам привычные: три пространственных плюс время.
6 секретов Вселенной, которые вас удивят
| Теории происхождения Вселенной и ее модели | Вселенная обладает определенным количеством энергии, но, когда эта энергия будет израсходована, согласно теории, Вселенная станет постепенно замедляться. |
| Астрономы оказались на пороге открытия неразгаданных тайн Вселенной: «Огромная новость» - МК | Сегодня шоу «Ньютон для чайников» отправляется на Лыткаринский завод оптического стекла холдинга «Швабе». |
| 10 самых загадочных и необъяснимых тайн Вселенной | Компьютерра | Она знает о Вселенной то, чего не знаем мы, и готова поделиться открытиями и секретами в книге «Карта Вселенной: Главные идеи, которые объясняют устройство космоса». |
| Теория мультивселенной на доступном языке | Есть и другой «небольшой бонус» — это будет «теория всего»: элегантное универсальное уравнение, объясняющее устройство мира, ключ к пониманию Вселенной, о котором так мечтают ученые. |
Расширение Вселенной — миф? Новое исследование перевернуло модель строения нашего мира
Все Теории Происхождения Вселенной Или Инфляционная Вселенная. Ахмедов Э. Современное Представление О Вселенной: Теория Струн И М-Теория. М-теория является единственным кандидатом на законченную теорию Вселенной. А в теории человек мог бы переместиться в другую Вселенную, если бы она существовала? Теория струн предполагает, что в нашей Вселенной существует гораздо больше измерений, чем четыре нам привычные: три пространственных плюс время.
Стивен Хокинг надеялся, что M-теория объяснит Вселенную. Что это за теория?
Теория струн вселенной – способ представления пространства вселенной, состоящей из неких нитей, которые и называют струнами и бранами. В своей основе Теория струн отрицает и утверждает, что Вселенная существовала всегда. Вселенная «для чайников». Теория одноэлектронной Вселенной — это гипотеза Ричарда Фейнмана, известного физика-теоретика, который посвятил свою жизнь исследованию и созданию квантовой электродинамики. 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.
Большой взрыв или вечный отскок : новые открытия меняют начало нашей Вселенной
Они будут обмениваться теплом через диатермальную стенку, пока оба не достигнут теплового равновесия с температурой в комнате. Первый закон термодинамики - это применение закона сохранения энергии к термодинамическим процессам. Закон сохранения энергии утверждает, что энергию нельзя создать или уничтожить, а возможно только преобразовать или передать. В случае изолированной термодинамической системы это происходит за счет работы и тепла.
Второй закон термодинамики также известен как закон энтропии, поскольку он вводит такое понятие, как уровень беспорядка в системе. 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?
Выступая на конференции по теории струн в Университете Южной Калифорнии в 1995 году, Эдвард Виттен из Института перспективных исследований предположил, что пять разных версий теории струн могут описывать одно и то же с разных точек зрения. Он предложил объединяющую теорию под названием « М-теория », в которой «М» конкретно не определяется, но обычно понимается как «мембрана». Слова «матрица», «хозяин», «мать», «монстр», «тайна» и «магия» также были заявлены. М-теория объединила все теории струн. Он сделал это, заявив, что струны на самом деле являются одномерными срезами двумерной мембраны, колеблющейся в 11-мерном пространстве-времени. Вибрации объектов более высоких измерений например, в трехмерном вибрирующем шарике или сфере или даже в более возможных измерениях , безусловно, являются частью M-теории, но основная теория бран все еще развивается. Объекты более высокой размерности гораздо сложнее вычислить математически, чем точку в классической физике , одномерную струну в теории струн или двумерные мембраны в M-теории. Статус М-теория не завершена, но математика подхода была исследована очень подробно. Однако экспериментального подтверждения М-теории пока нет.
Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты. Примерно через 400 млн лет Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода. Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя притягивалась друг к другу под действием гравитации, примерно через 5 или 6 млрд лет после Большого взрыва, по данным НАСА, таинственная сила темная энергия , начала ускорять расширение Вселенной. Считается, что это процесс продолжается и сегодня. Доказательства расширения и космологическая постоянная Ученые знают, что Вселенная расширяется из-за красного смещения, растяжения длины волны света в сторону более красного конца спектра по мере того, как излучающий его объект удаляется от нас. У далеких галактик красное смещение больше, чем у ближайших к Земле. Это позволяет предположить, что эти галактики удаляются от нас все дальше и дальше. Совсем недавно ученые нашли доказательства того, что расширение Вселенной не фиксировано, а на самом деле ускоряется. Для этого явления есть термин, известный как космологическая постоянная или лямбда. В чем проблема? Космологическая постоянная была головной болью для космологов, потому что предсказания ее значения, сделанные физикой элементарных частиц, отличаются от реальных наблюдений на 120 порядков.
Данное действие не подразумевает отзыв согласия Клиента на обработку его персональных данных, который согласно действующему законодательству происходит в порядке, предусмотренном абзацем 1 настоящего пункта. Использование информации предоставленной Клиентом и получаемой Продавцом. Продавец вправе направлять Клиенту сообщения рекламно-информационного характера. Если Клиент не желает получать сообщения рекламно-информационного характера от Продавца, он должен изменить соответствующие настройки подписки в соответствующем разделе Личного кабинета. С момента изменения указанных настроек получение рассылок Продавца возможно в течение 3 дней, что обусловлено особенностями работы и взаимодействия информационных систем, а так же условиями договоров с контрагентами, осуществляющими в интересах Продавца рассылки сообщений рекламно-информационного характера. Отказ Клиента от получения сервисных сообщений невозможен по техническим причинам.
Новая модель Вселенной
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. Теория причинных множеств имеет большое значение для природы времени. Подход причинных множеств аккуратно снимает проблему сингулярности Большого взрыва, потому что в теории квантовой гравитации сингулярности не могут существовать.
Материю невозможно сжать до бесконечно крошечных точек — они могут быть не меньше размера атома пространства-времени. Итак, как выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого взрыва? Именно здесь Бенто и его сотрудник Став Залель, аспирант Имперского колледжа Лондона, подхватили нить, исследуя, что теория причинных множеств говорит о начальных моментах существования Вселенной.
Их работа опубликована 24 сентября в базе данных препринтов arXiv.
Чуть иное соотношение масс и сил элементарных частиц, и нас бы не было. Антропный принцип говорит: на самом деле вселенных много, но только в этой могли появиться мы. Поэтому и кажется, что ее словно подготовили для нас.
Но еще в 1983 году Джон Уилер сформулировал крайний вариант антропного принципа: Вселенная одна, но она создала себя такой, чтобы ее было кому наблюдать. Она нуждается в наблюдателе. Эта гипотеза близка идее самообучающейся Вселенной Виталия Ванчурина. Эта вселенная годится для человека, а та — для других существ или ни для кого.
Все пришельцы сидят по своим вселенным. Ну а если Вселенная все-таки одна? Других-то мы не видели. Скажем, для теории нейросети гипотеза о множественности вселенных не нужна.
Одной достаточно. А если Вселенная одна, то единственный способ объяснить наше существование пока только наше : Вселенная эволюционирует и меняется. Вплоть до того, что меняются законы физики, меняются фундаментальные константы. Квантовая механика не всегда была такой, как сейчас.
Или ее не было вовсе. Вселенная шла к тому, чтобы породить жизнь, породить наблюдателя. Она меняла гравитационную постоянную, ядерные взаимодействия так, чтобы появлялись все более сложные формы материи. И породила нас.
Потому что Вселенной это выгодно. Потому что на хочет себя наблюдать. Вселенная хочет, чтобы ее наблюдали повсюду. И на Марсе, и на Луне, и в другой галактике.
Она породила множество видов жизни, разных видов. Но здесь как у человека: желаю купить, но не имею возможности. Где-то у нее получилось создать наблюдателей. Где-то они появятся позже.
Где-то уже были, но — бац, ядерная война, и они не успели нам сигналы послать. Однако почти наверняка мы не одиноки. Если вам кажется, что это хорошая новость, то вот плохая: нам придется соревноваться с другими мирами. Потому что эволюция — это борьба.
Победить должен тот, кто лучше приспособлен. Кто победит — непонятно, потому что открытое соревнование еще не началось. Соревнование не означает, что они сразу нас убьют. Или мы их.
Но это как минимум конкуренция. И это битва за выживание, да. За право стать основой будущих экспериментов природы. В Библии написано: Бог создал человека, чтобы он воспевал Господа.
Я не вижу разницы между этими концепциями. Я думаю, вы обосновали существование Бога. Как я к этому отношусь? Если моему читателю удобно понять меня через Библию, прекрасно.
Другому удобнее через дифференциальные уравнения — тоже здорово. Если моя теория может примирить атеистов и верующих, просто супер. Что опасно? Проводить знак равенства.
Мы занимаемся вовсе не тем, чем занимаются философы и богословы. В чем разница? Наш подход основан на формулах, и это связывает нам руки. Библия может служить аналогией, иллюстрацией к достижениям науки.
Но говорить, что «в Библии уже все написано, все и так все знали» - конечно, нет. Мир иллюзорен? Имеет право, ведь мы все пытаемся понять, как устроен мир. Компьютерщик вообразит нейросеть как программу.
Реальную, кем-то написанную программу. Философ сразу вспомнит Платона: бытие нам только кажется. А у науки свой язык толкования реальности. Вот только что такое реальность?
Я сталкивался с эффектом дежавю. Поэтому я знаю, что он существует. Моя теория объясняет эффект дежавю. А другие физики скажут: «зачем эту бредятину вообще объяснять?
А кто-то видел, и ждет, что физика раскроет тайны призраков. В крайних проявлениях — когда люди говорят на вымерших языках, указывают археологам, где копать, или легко ориентируются в незнакомом городе. Физиологи положили немало сил для объяснения этой «иллюзии», а крайние случаи попросту объявили мистификацией. Но есть вещи, которые кто видит, а кто не видит.
Сегодня такие феномены объявляются психологическими. Мол, это внутри человека, а не в «реальности». Но тогда давайте объясним это с точки зрения психологии. Сделаем из психологии науку.
Множество таких феноменов мы игнорируем просто потому, что нет нормальной теории. В биологии нормальная теория только формируется.
Кадр из фильма «Всё везде и сразу» реж. Дэн Кван, Дэниэл Шайнерт, 2022 Впервые о параллельных вселенных заговорили еще древние греки в V веке до н.
Они развивали теорию атомизма, согласно которой всё в мире состоит из мельчайших частиц атомов, а их хаотичное столкновение образует параллельные миры. С установлением христианского догматизма все подобные идеи начали считаться еретическими, а потому в Средние века ученым пришлось надолго забыть о параллельных мирах. И только радикал Джордано Бруно продолжал утверждать, что миров, подобных нашему, бесконечное множество. При этом в буддизме напротив, идея мультивселенной является частью философского учения — буддисты верят, что существует несколько вселенных, которые бесконечно зарождаются и угасают.
Так или иначе, со времен Средневековья ученые надолго оставили идею о множественных мирах. Первым физиком, который предложил научное обоснование параллельных вселенных стал Эрвин Шрёдингер, который в 1952 году в Дублине на лекции по квантовой механике ввел понятие суперпозиции — явления, при котором частица может находиться одновременно в нескольких состояниях. Речь о том самом мысленном эксперименте с кошкой в непрозрачном ящике рядом с атомом радиоактивного вещества, который с равной вероятностью может распасться или не распасться, и устройством, которое убивает или не убивает животное в зависимости от состояния частицы. Для стороннего наблюдателя пока он не откроет ящик, кошка будет находиться одновременно в суперпозиции двух состояний: и жива и мертва.
Взять хотя бы классический «Сад расходящихся тропок» Хорхе Луис Борхеса, который был опубликован еще в 1944 году. Шрёдингер, а позже и Хью Эверетт, пытавшийся обосновать, что одновременно могут существовать не только два, а все возможные исходы любого изменения, вдохновили огромное количество писателей-фантастов и вызвали целый бум научной фантастики о параллельных мирах. Шрёдингер был одним из основоположников квантовой физики, а спустя еще 30 лет, в 1983 году физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл заявили, что вселенную тоже можно рассматривать как квантовую систему, которая одновременно находится в бесконечном множестве состояний. И мир, к которому мы привыкли лишь одно из этих состояний.
Все прочие — и есть пресловутые параллельные миры, в которых отражаются все возможные альтернативные исходы происходивших событий.
Вот она на графике: Но как доказать, что инфляция действительно имела место? Еще в 1916 году Эйнштейн пришел к выводу, что, перемещаясь в пространстве, мы создаем гравитационные волны, так называемую рябь пространства-времени.
Каждый раз, когда я двигаю рукой, появляются гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Но рябь настолько незначительна, что мы ее не замечаем. Впервые это удалось сделать в сентябре 2015 года, когда произошло слияние двух черных дыр.
За это открытие в 2017 году ученые получили Нобелевскую премию по физике. Но это значит, что такое событие, как инфляция, также должно было породить гравитационные волны, и, если мы их обнаружим, мы подтвердим и правильность инфляционной модели их поиском занимаются ученые в рамках серии экспериментов BICEP2. А это будет значить, что наша Вселенная действительно могла быть произведена из ничего.
Если мы действительно находимся во Вселенной, расширяющейся с ускорением, то объекты, которые мы сейчас видим, вскоре будут находиться от нас на огромном расстоянии. Сотни миллиардов галактик, которые мы сейчас видим, будут отдаляться от нас со скоростью больше скорости света , и мы окажемся в этом темном пустом пространстве одни. В начале было ничто, и в конце тоже будет ничто.
Мы еще не доказали, что это так, но это очень вероятно. И мне нравится эта вероятность: каждый раз, когда можно избавиться от божественного вмешательства и объяснить все с точки зрения физики, мы делаем шаг вперед. Помимо нашей Вселенной, могут существовать или прямо сейчас создаваться и другие, где действуют другие законы.
Мы, люди, крайне неважная часть Вселенной, мы шум, загрязнение на ее фоне. Если вам это не нравится, возможно, вас утешит высказывание Эйнштейна : «Самая прекрасная эмоция, которую нам дано испытать, — ощущение тайны. Это основополагающая эмоция, стоящая у истоков всякого истинного искусства и науки».
Вселенная была создана не для нас, она была просто создана. Вселенной на нас наплевать. Мы сами наполняем нашу жизнь значением и смыслом.
Вопросы и ответы — У меня вопрос об инфляции. Вы сказали, что ее предсказали физики, которые занимаются физикой частиц. А какое отношение инфляция пространства имеет к физике частиц?
Когда происходит этот фазовый переход, выделяется огромное количество энергии, что и привело к инфляции. Не окажется ли тот фундамент, на котором построена вся современная физика, ложным? И открытие каждой новой частицы выводит стандартную модель за прежние границы.
Если мы сможем найти темную материю — да, многие наши идеи окажутся неверными, и нам придется продумать и разработать новые законы. Но ученые готовы ошибаться. Многие из нас ходят на работу для того, чтобы доказать, что другие ученые ошибаются, — именно так и приходит известность.
Но мне не совсем понятно, какие границы у плоской Вселенной, в которой мы находимся. Возьмите воздушный шарик, нарисуйте на нем несколько точек и надувайте. Вселенная похожа на поверхность этого шарика: она не имеет границ, при этом расширяется так, что расстояние между точками постепенно увеличивается.
Наш мозг эволюционно запрограммирован не для того, чтобы понимать Вселенную, а для того, чтобы решать бытовые вопросы. Не боитесь ли вы того, что в какой-то момент наука столкнется с границами возможностей мозга? Но я не боюсь.
Так же, как я не боюсь жить в этой Вселенной, у которой нет никакого назначения. Да, могут быть какие-то ограничения у человеческого мозга, но мы не узнаем наверняка до тех пор, пока не попробуем. Именно поэтому нужно постоянно пытаться.
И, как я понимаю, у нас пока не получилось уткнуться в какую-то стену. Может быть, у вас будут какие-то сложности, но ваши дети и внуки смогут преодолеть их. Мы постоянно идем дальше, мы постоянно преодолеваем эти границы.
Наука именно тем и занимается, что выходит за границы. Может быть, не очень по теме, но одна из причин, по которой я занимаюсь квантовыми компьютерами и искусственным интеллектом, в том, что, может быть, они смогут объяснить нам то, что сами мы понять не можем. Многих пугает искусственный интеллект, но я думаю, что он сможет стать лучшим физиком, чем мы.
Я не прогнозирую ближе чем на 2 трлн лет. Каким будет будущее с искусственным интеллектом, зависит от нас. Мы должны думать о возможностях и быть готовыми к ним.
Один из вариантов — что мы останемся без работы. Но зато мы сможем бесконечно ходить на научные конференции и слушать музыку. Я в данном случае пессимистически настроен, поскольку, честно говоря, не очень верю в человечество.
Но посмотрим, что будет. Мы еще можем подготовиться. Ответ: скорее всего, нет.
Во-первых, компьютерная симуляция никогда не является идеальной. Есть битые пиксели, в которых не работают законы природы. Но мы такого не видим.
Может быть, в голове у президента Трампа есть такие пиксели, но в большинстве остальных случаев таких пикселей не наблюдается. Все работает согласно законам природы.
Об устройстве Вселенной – простыми словами. Поймет даже ребенок
Вибрации объектов более высоких измерений например, в трехмерном вибрирующем шарике или сфере или даже в более возможных измерениях , безусловно, являются частью M-теории, но основная теория бран все еще развивается. Объекты более высокой размерности гораздо сложнее вычислить математически, чем точку в классической физике , одномерную струну в теории струн или двумерные мембраны в M-теории. Статус М-теория не завершена, но математика подхода была исследована очень подробно. Однако экспериментального подтверждения М-теории пока нет. Некоторые физики скептически относятся к тому, что этот подход когда-либо приведет к физической теории, описывающей наш реальный мир, из-за фундаментальных проблем. Тем не менее, некоторых космологов привлекает М-теория из-за ее математических расчетов. Одна из особенностей М-теории, которая вызвала большой интерес, заключается в том, что она естественным образом предсказывает существование гравитона , частицы со спином 2 , которая, как предполагается, является посредником гравитационного сила; кроме того, M-теория естественным образом предсказывает явление, напоминающее испарение черной дыры. Конкурирующие теории объединения, такие как асимптотически безопасная гравитация , теория E8 , некоммутативная геометрия и системы причинных фермионов , не продемонстрировали какого-либо уровня математической последовательность. Главный соперник М-теории - петлевая квантовая гравитация , не объединяющая теория; многие физики считают петлевую квантовую гравитацию менее элегантной, чем М-теория, потому что она утверждает, что гравитация полностью отличается от других фундаментальных сил.
Однако оно не совпадает со значением 0,83, которое выведено из модели реликтового излучения. Что это значит? Также по теме Уникальный сигнал: как учёные исследуют нейтронные звёзды с помощью гравитационных волн Учёные из Великобритании создали новую модель изучения нейтронных гравитационных волн, благодаря которой можно более подробно изучить... Лучи искривляются, подобно тому, как это происходит в линзах: вспомните, как небольшая пупырышка в стекле меняет положение предметов за окном. Космическая «пупырышка», отклоняющая лучи, может быть и обычной галактикой, и сгустком тёмной материи. В последнем случае вы не увидите сам объект, но можно измерить его массу и «рыхлость». И это позволяет найти «клочковатость» тёмной материи, то есть долю её обособленности во Вселенной. Но как эта клочковатость влияет на теорию эволюции нашей Вселенной?
Всё дело в том, что именно тёмная материя, клочки которой «разбегаются» по всем закоулкам Вселенной, является теми самыми центрами неоднородности, вокруг которых собираются галактики. Оно было сделано в 1997 году, однако окончательно было подтверждено позднее. В 2011 году за него была вручена Нобелевская премия по физике. Учёные открыли, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Это ускорение вызывается особой космической энергией, так называемой тёмной энергией, которая как бы «расталкивает» Вселенную за счёт эффекта антигравитации. Хотя ещё с 1930-х годов учёные подозревали о существовании так называемой тёмной материи, её существование было в общих чертах доказано к 1980-м годам. Другим важнейшим открытием стало открытие гравитационных волн и оптическая локализация их источника. Впервые всплеск гравитационного излучения, вызванный столкновением двух чёрных дыр, был зафиксирован установками LIGO Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory в сентябре 2015 года.
За это открытие двумя годами позднее была вручена Нобелевская премия. Также по теме «Первая карта»: российский астрофизик — об обзоре всего неба, нейтронных звёздах и рентгеновской навигации Российская обсерватория «Спектр-РГ» провела свой первый год в космосе и успела сделать обзор всего неба в высоком разрешении. Об этом... В 2017 году уже российские оптические телескопы системы «МАСТЕР» зафиксировали оптическую вспышку от столкновения двух нейтронных звёзд. Сначала был уловлен всплеск гравитационных волн, он был зафиксирован американской и европейской обсерваториями. А затем оптическую вспышку засёк наш телескоп «МАСТЕР», расположенный в Аргентине, а также несколько других оптических телескопов, независимых друг от друга. При столкновении нейтронных звёзд возникает не такая яркая вспышка, как при сверхновой, — такая вспышка называется килоновой. Это событие стало одним из величайших достижений оптической астрономии.
И именно оптические телескопы позволяют точно определить координаты объекта, вероятность ошибки уменьшается в этом случае в миллиарды раз.
Вселенная изначально означало «все», в глобальном смысле этого слова, каждая галактика, планета, человек и даже наши мысли являются частью этого «всего». Но впоследствии ученые отказались от такого значения из-за того, что он звучит не совсем научно. Теперь же вселенной принято называть отдельный регион, в котором расширяется космос после Большого взрыва. Такое менее обширное понятие дает возможность для существования нашей теории о множественной вселенной. Но где же эти вселенные находятся? Хороший вопрос, но на него мы уже дали ответ. Как было сказано нами ранее, за пределами нашей вселенной, где у нас нет возможности видеть.
Теперь, когда мы понимаем, что вселенная это не все существующее, а лишь определенный регион космоса, это довольно проще представить у себя в голове. Или же нет. Для большинства людей это все равно остается довольно непонятно, так что попробуем описать это более простыми словами для наглядности. Для того, чтобы нам, людям, получать информацию, необходим сигнал, он может быть разной природы, но самым простым и понятным является световой сигнал. То есть, для того чтобы увидеть что-то нам необходимо, чтобы до наших глаз, или же до наших приборов дошел свет. Но почему же мы не можем увидеть другие вселенные?
Эти объекты в миллионы, а то и в миллиарды раз превышают массу Солнца и сыграли огромную роль в формировании галактик, но остаются неуловимыми, потому что никакой свет не может вырваться из их тисков. Альберт Эйнштейн впервые предсказал существование гравитационных волн столетие назад, а прорыв, совершенный в 2016 году американской лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией Ligo , стал доказательством того, что само пространство может растягиваться и сжиматься. Последние наблюдения показывают, что одна полная волна, распространяющаяся со скоростью света, проходит мимо Земли примерно за 30 лет. Ученые полагают, что этот космический грохот, вероятно, создается всей совокупностью двойных сверхмассивных черных дыр примерно за последние 8 миллиардов лет.
Введение в M-теорию
Концепция развивается Теория единого поля, теория суперструн, — сугубо математическая. Как и все физические концепции, она основана на уравнениях, которые могут быть определенным образом интерпретированы. Сегодня никто не знает точно, каким будет окончательный вариант этой теории. Ученые имеют довольно смутное представление об ее общих элементах, но никто еще не придумал окончательного уравнения, охватившего бы все теории суперструн, а экспериментально до сих пор не удалось ее подтвердить хотя и опровергнуть тоже. Физики создали упрощенные версии уравнения, но пока что оно не вполне описывает нашу вселенную. Теория суперструн для начинающих В основе гипотезы положены пять ключевых идей. Теория суперструн предсказывает, что все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и мембран энергии.
Она пытается совместить общую теорию относительности гравитации с квантовой физикой. Теория суперструн позволит объединить все фундаментальные силы вселенной. Эта гипотеза предсказывает новую связь, суперсимметрию, между двумя принципиально различными типами частиц, бозонами и фермионами. Концепция описывает ряд дополнительных, обычно ненаблюдаемых измерений Вселенной. Струны и браны Когда теория возникла в 1970 годы, нити энергии в ней считались 1-мерными объектами — струнами. Слово «одномерный» говорит о том, что струна имеет только 1 измерение, длину, в отличие от, например, квадрата, который имеет длину и высоту.
Эти суперструны теория делит на два вида — замкнутые и открытые. Открытая струна имеет концы, которые не соприкасаются друг с другом, в то время как замкнутая струна является петлей без открытых концов. В итоге было установлено, что эти струны, называемые струнами первого типа, подвержены 5 основным типам взаимодействий. Взаимодействия основаны на способности струны соединять и разделять свои концы. Поскольку концы открытых струн могут объединиться, чтобы образовывать замкнутые, нельзя построить теорию суперструн, не включающую закольцованные струны. Это оказалось важным, так как замкнутые струны обладают свойствами, как полагают физики, которые могли бы описать гравитацию.
Другими словами, ученые поняли, что теория суперструн вместо объяснения частиц материи может описывать их поведение и силу тяжести. Через многие годы было обнаружено, что, кроме струн, теории необходимы и другие элементы. Их можно рассматривать как листы, или браны. Струны могут крепиться к их одной или обеим сторонам. Квантовая гравитация Современная физика имеет два основных научных закона: общую теорию относительности ОТО и квантовую. Они представляют совершенно разные области науки.
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.
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. Что бран столько, сколько существует измерений?
Так измерений действительно бесконечно много. Давайте рассмотрим такую логическую цепочку. Часть ее будет очевидной, а в некоторую ее часть придется поверить. Уже давно никто не сомневается в том, что почти все состоит из атомов. Раньше считали, что атом это мельчайшая неделимая частица.
Возьмем любой объект: монитор, карандаш, человека или что угодно. Водрузим возле него декартову систему координат в виде стержней. Все согласятся, что положение каждого атома этого объекта можно задать этими координатами. Будем считать, что все атомы неподвижны. В крайнем случае, это можно сделать, опустив температуру объекта до абсолютного нуля.
Это три измерения. Cейчас мало кто сомневается в том, что атом атом делим, и состоит из протонов, нейтронов и электронов. В первом пункте мы определили координаты атома в целом, по существу его центра. А вот координаты электрона нам известны приблизительно с точностью до величины его орбиты. Он то приближается к нашим стержням-координатам, то удаляется.
Мы не будем рассматривать, ничего полезного не содержащую, вероятностную модель атома. Чтобы точно определить положение электрона в пространстве желательно построить такую же систему координат в центре атома и по ним измерять положение электрона в атоме. Наблюдатель в атоме будет определять положение электрона по трем координатам, а для наблюдателя пункта 1 положение электрона будет определяться шестью измерениями. Конечно, он мог бы и при определении электрона обойтись тремя измерениями, но так сложнее, хотя принципиально возможно.
Их бы хватило на все возможные вселенные. Теория струн может объединить все физические теории и открыть нам тайны мироздания — для этого есть все предпосылки. Но пока нет доказательств. Из теории струн логически следуют другие открытия современной науки. К сожалению, это ничего не доказывает. Теория струн пережила две суперструнные революции и многолетние периоды забвения.
Одни ученые считают ее научной фантастикой , другие верят, что новые технологии помогут ее доказать. Самое главное: если планируете рассказать о теории струн друзьям, убедитесь, что среди них нет физика — сбережете время и нервы. И будете выглядеть, как Брайан Грин в Политехническом институте: Перевод В основе теории струн лежит идея о том, что вместо нульмерных элементарных частиц Вселенная состоит из одномерных струн Теория струн — одна из самых гениальных, противоречивых и недоказанных идей физики. В её основе лежит физический тренд, живущий много столетий — что на некоем фундаментальном уровне все различные силы , частицы, взаимодействия и проявления реальности связываются вместе как разные части одной платформы. Вместо четырёх независимых фундаментальных взаимодействий — сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного — есть одна объединённая теория, охватывающая их всех. Во многих смыслах, теория струн — лучший кандидат на квантовую теорию гравитации, объединяющую взаимодействия на высочайших уровнях энергий. И хотя тому нет экспериментальных подтверждений, существуют убедительные теоретические причины считать, что это так и есть. В 2015 году крупнейший из живущих специалистов по теории струн, Эдвард Виттен, написал работу о том, что каждый физик должен знать о теории струн. И вот, что она означает — даже если вы не физик. Разница между стандартными взаимодействиями квантовой теории поля слева для точечных частиц и взаимодействиями в теории струн справа для закрытых струн.
Удивительно, как иногда много общего встречается в законах природы, касающихся вроде бы не связанных между собой явлений. Математические структуры таких явлений часто очень похожи, а иногда даже идентичны. Колебания маятника полностью аналогичны движению массы на пружине или планеты вокруг звезды. Гравитационные волны, волны на воде, световые волны — все они обладают удивительно похожими свойствами, несмотря на то, что происходит из фундаментально различных физических источников. И в том же ключе, хотя многие этого не осознают, квантовая теория одной частицы и подход к квантовой теории гравитации также аналогичны друг другу. Диаграмма Фейнмана, представляющая рассеяние двух электронов — для этого требуется суммировать все возможные истории взаимодействий частиц Работает квантовая теория поля так: берём частицу и производим математическое «суммирование всех её историй». Нельзя просто подсчитать, где была частица, и где она сейчас, и как она туда попала — поскольку в природе существует внутренняя и фундаментальная квантовая неопределённость. Вместо этого мы суммируем все возможные способы, которыми она могла прибыть в текущее состояние «прошлая история» , с соответствующими вероятностными весами, а потом подсчитываем квантовое состояние одной частицы. Чтобы работать с гравитацией, а не с квантовыми частицами, нужно кое-что немного поменять. Поскольку Общая теория относительности Эйнштейна связана не с частицами, а с кривизной пространства-времени, мы не будем усреднять все возможные истории частицы.
Вместо этого мы усредняем все возможные геометрии пространства-времени. Гравитация по правилам Эйнштейна и всё остальное сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия по правилам квантовой физики — это два разных набора законов, управляющих всем во Вселенной. Работать в трёх пространственных измерениях очень тяжело, и когда мы встречаемся со сложной физической проблемой, мы часто пытаемся решить сначала более простую её версию. Если спуститься на одно измерение, всё станет проще. Единственные из возможных одномерных поверхностей — это открытая струна, с двумя отдельными концами, не связанными друг с другом, или закрытая струна, концы которой соединены и формируют петлю. Кроме того, кривизна пространства — очень сложная в трёх измерениях — становится тривиальным вопросом. Поэтому, если мы хотим добавить материю, мы используем набор скалярных полей точно так же, как для определённого рода частиц и космологическую константу работающую точно как член уравнения, отвечающий за массу : прекрасная аналогия. Дополнительные степени свободы, которая получает частица в нескольких измерениях, не играют особенной роли; пока мы можем определить вектор импульса, это остаётся главным измерением. Поэтому в одном измерении квантовая гравитация выглядит так же, как свободная квантовая частица в любом произвольном количестве измерений. Граф с вершинами, где сходятся по три ребра — ключевой компонент построения интеграла по траектории, относящегося к одномерной квантовой гравитации Следующий шаг — включить взаимодействия, и перейти от свободной частицы без амплитуд рассеяния или эффективных поперечных сечений к той, что может иметь физическую роль , связанную со Вселенной.
Графы, похожие на приведённый выше, позволяют нам описывать физическую концепцию действия в квантовой гравитации. Если записать все возможные комбинации подобных графов и провести суммирование по ним — применяя те же законы, что и обычно, например, закон сохранения импульса — мы можем завершить аналогию. Квантовая гравитация в одном измерении очень похожа на взаимодействие одной частицы в любом числе измерений. Но этот теоретический «апгрейд» для гравитации может оказаться очень сложным. Можно найти другой подход, если мы решим работать в противоположном направлении. Вместо подсчёта поведения одной частицы нульмерной сущности в любом количестве измерений, возможно, мы могли бы подсчитать поведение струны, открытой или закрытой одномерной сущности. А исходя из этого уже поискать аналогии к более полной теории квантовой гравитации в более реалистичном количестве измерений. Диаграммы Фейнмана вверху основаны на точечных частицах и их взаимодействиях. Превратив их в аналоги для теории струн внизу , мы получим поверхности, способные обладать нетривиальной кривизной. Вместо точек и взаимодействий мы сразу начинаем работать с поверхностями, мембранами, и так далее.
Получив настоящую многомерную поверхность, мы можем искривить её нетривиальными способами. Мы начинаем наблюдать у неё очень интересное поведение; такое, которое может находиться в основе кривизны пространства-времени, наблюдаемого во Вселенной в рамках ОТО. Но хотя одномерная квантовая гравитация даёт нам квантовую теорию поля для частиц в возможно искривлённом пространстве-времени, сама по себе она не описывает гравитацию. Чего не хватает в этой головоломке? Нет соответствия между операторами, или функциями, представляющими квантово-механические взаимодействия и свойства, а также состояния, то есть, как частицы и их свойства изменяются со временем. Это соответствие «операторов-состояний» было необходимым, но недостающим ингредиентом. Но если перейти от точечных частиц к струнным сущностям, это соответствие проявляется. Деформирование метрики пространства-времени можно представить флуктуацией "p" , а если применить её к струнной аналогии, она будет описывать флуктуацию пространства-времени и соответствовать квантовому состоянию струны.
Разная частота вибрации превращает струны в разные частицы. Концы струн могут быть свободны, а могут замыкаться друг на друга, образуя петли. Струны все время замыкаются, размыкаются и обмениваются энергией с другими струнами. Квантовые струны существуют в 11-мерной вселенной. Дополнительные 7 измерений свернуты в неуловимо малые формы пространства-времени, поэтому мы их не видим. Это называется компактификацией измерений. Если бы мы узнали, как именно свернуты измерения в нашей вселенной, то, возможно, смогли бы путешествовать во времени и к другим звездам. Но пока это невозможно — слишком много вариантов нужно перебрать. Их бы хватило на все возможные вселенные. Теория струн может объединить все физические теории и открыть нам тайны мироздания — для этого есть все предпосылки. Но пока нет доказательств. Из теории струн логически следуют другие открытия современной науки. К сожалению, это ничего не доказывает. Теория струн пережила две суперструнные революции и многолетние периоды забвения. Одни ученые считают ее научной фантастикой , другие верят, что новые технологии помогут ее доказать. Самое главное: если планируете рассказать о теории струн друзьям, убедитесь, что среди них нет физика — сбережете время и нервы. И будете выглядеть, как Брайан Грин в Политехническом институте: Перевод В основе теории струн лежит идея о том, что вместо нульмерных элементарных частиц Вселенная состоит из одномерных струн Теория струн — одна из самых гениальных, противоречивых и недоказанных идей физики. В её основе лежит физический тренд, живущий много столетий — что на некоем фундаментальном уровне все различные силы , частицы, взаимодействия и проявления реальности связываются вместе как разные части одной платформы. Вместо четырёх независимых фундаментальных взаимодействий — сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного — есть одна объединённая теория, охватывающая их всех. Во многих смыслах, теория струн — лучший кандидат на квантовую теорию гравитации, объединяющую взаимодействия на высочайших уровнях энергий. И хотя тому нет экспериментальных подтверждений, существуют убедительные теоретические причины считать, что это так и есть. В 2015 году крупнейший из живущих специалистов по теории струн, Эдвард Виттен, написал работу о том, что каждый физик должен знать о теории струн. И вот, что она означает — даже если вы не физик. Разница между стандартными взаимодействиями квантовой теории поля слева для точечных частиц и взаимодействиями в теории струн справа для закрытых струн. Удивительно, как иногда много общего встречается в законах природы, касающихся вроде бы не связанных между собой явлений. Математические структуры таких явлений часто очень похожи, а иногда даже идентичны. Колебания маятника полностью аналогичны движению массы на пружине или планеты вокруг звезды. Гравитационные волны, волны на воде, световые волны — все они обладают удивительно похожими свойствами, несмотря на то, что происходит из фундаментально различных физических источников. И в том же ключе, хотя многие этого не осознают, квантовая теория одной частицы и подход к квантовой теории гравитации также аналогичны друг другу. Диаграмма Фейнмана, представляющая рассеяние двух электронов — для этого требуется суммировать все возможные истории взаимодействий частиц Работает квантовая теория поля так: берём частицу и производим математическое «суммирование всех её историй». Нельзя просто подсчитать, где была частица, и где она сейчас, и как она туда попала — поскольку в природе существует внутренняя и фундаментальная квантовая неопределённость. Вместо этого мы суммируем все возможные способы, которыми она могла прибыть в текущее состояние «прошлая история» , с соответствующими вероятностными весами, а потом подсчитываем квантовое состояние одной частицы. Чтобы работать с гравитацией, а не с квантовыми частицами, нужно кое-что немного поменять. Поскольку Общая теория относительности Эйнштейна связана не с частицами, а с кривизной пространства-времени, мы не будем усреднять все возможные истории частицы. Вместо этого мы усредняем все возможные геометрии пространства-времени. Гравитация по правилам Эйнштейна и всё остальное сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия по правилам квантовой физики — это два разных набора законов, управляющих всем во Вселенной. Работать в трёх пространственных измерениях очень тяжело, и когда мы встречаемся со сложной физической проблемой, мы часто пытаемся решить сначала более простую её версию. Если спуститься на одно измерение, всё станет проще. Единственные из возможных одномерных поверхностей — это открытая струна, с двумя отдельными концами, не связанными друг с другом, или закрытая струна, концы которой соединены и формируют петлю. Кроме того, кривизна пространства — очень сложная в трёх измерениях — становится тривиальным вопросом. Поэтому, если мы хотим добавить материю, мы используем набор скалярных полей точно так же, как для определённого рода частиц и космологическую константу работающую точно как член уравнения, отвечающий за массу : прекрасная аналогия. Дополнительные степени свободы, которая получает частица в нескольких измерениях, не играют особенной роли; пока мы можем определить вектор импульса, это остаётся главным измерением. Поэтому в одном измерении квантовая гравитация выглядит так же, как свободная квантовая частица в любом произвольном количестве измерений. Граф с вершинами, где сходятся по три ребра — ключевой компонент построения интеграла по траектории, относящегося к одномерной квантовой гравитации Следующий шаг — включить взаимодействия, и перейти от свободной частицы без амплитуд рассеяния или эффективных поперечных сечений к той, что может иметь физическую роль , связанную со Вселенной. Графы, похожие на приведённый выше, позволяют нам описывать физическую концепцию действия в квантовой гравитации. Если записать все возможные комбинации подобных графов и провести суммирование по ним — применяя те же законы, что и обычно, например, закон сохранения импульса — мы можем завершить аналогию. Квантовая гравитация в одном измерении очень похожа на взаимодействие одной частицы в любом числе измерений. Но этот теоретический «апгрейд» для гравитации может оказаться очень сложным. Можно найти другой подход, если мы решим работать в противоположном направлении. Вместо подсчёта поведения одной частицы нульмерной сущности в любом количестве измерений, возможно, мы могли бы подсчитать поведение струны, открытой или закрытой одномерной сущности. А исходя из этого уже поискать аналогии к более полной теории квантовой гравитации в более реалистичном количестве измерений. Диаграммы Фейнмана вверху основаны на точечных частицах и их взаимодействиях. Превратив их в аналоги для теории струн внизу , мы получим поверхности, способные обладать нетривиальной кривизной. Вместо точек и взаимодействий мы сразу начинаем работать с поверхностями, мембранами, и так далее.
Большой взрыв или вечный отскок : новые открытия меняют начало нашей Вселенной
Сознание человека прочно связано со Вселенной. Как это?Можно сказать, что способность фокусировать мысли на цели, анализировать поступающую информацию и делать выбор, является по своей. Если теория струн и М-теория таки окажутся верными, то это будет главным достижением науки за последние 2000 лет, с тех самых пор, как древние греки начали поиски единой связной и целостной теории Вселенной. Так что данная теория "Вселенной Феникса" прогрессивна, и именно поэтому не будет принята научным сообществом. Несмотря на то, что Вселенная хорошо описывается четырехмерным пространством-временем, есть несколько причин, по которым физики рассматривают теории в других измерениях. Суть теории заключается в том, что вселенная возникла из одной точки, называемой точкой сингулярности, по причине того самого большого взрыва. Сознание человека прочно связано со Вселенной. Как это?Можно сказать, что способность фокусировать мысли на цели, анализировать поступающую информацию и делать выбор, является по своей.