Вселенная обладает определенным количеством энергии, но, когда эта энергия будет израсходована, согласно теории, Вселенная станет постепенно замедляться. Конечно, это описание Мироздания является очень упрощённым, можно сказать, что это – «Мироздание для чайников», которыми мы все с вами пока ещё являемся. Вселенная «для чайников».
М-теория – модель Вселенной
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. В большинстве современных формулировок, материя, наблюдаемая в нашей вселенной, является результатом колебаний струн и бран с наименьшей энергией. Вибрации с большей порождают высокоэнергичные частицы, которые в настоящее время в нашем мире не существуют. Масса этих элементарных частиц является проявлением того, как струны и браны завернуты в компактифицированных дополнительных измерениях. Например, в упрощенном случае, когда они свернуты в форме бублика, называемом математиками и физиками тором, струна может обернуть эту форму двумя способами: короткая петля через середину тора; длинная петля вокруг всей внешней окружности тора.
Короткая петля будет легкой частицей, а большая — тяжелой. При оборачивании струн вокруг торообразных компактифицированных измерений образуются новые элементы с различными массами. Теория суперструн кратко и понятно, просто и элегантно объясняет переход длины в массу. Свернутые измерения здесь гораздо сложнее тора, но в принципе они работают также. Возможно даже, хотя это трудно представить, что струна оборачивает тор в двух направлениях одновременно, результатом чего будет другая частица с другой массой. Браны тоже могут оборачивать дополнительные измерения, создавая еще больше возможностей. Определение пространства и времени Во многих версиях теория суперструн измерения сворачивает, делая их ненаблюдаемыми на современном уровне развития технологии.
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. 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.
Чтобы решить задачу, ученые часто рассуждают так: если в существующем трехмерном или четырехмерном, если добавить время мире уравнения не сходятся, что будет, если поиграть с количеством пространственных измерений? Теория струн, например, предлагает от 10 до 26 измерений пространства-времени, авторы же новой концепции убирают их. Согласно новой теории, вся информация о том, как частицы сталкиваются и сближаются, находится на чем-то больше похожем на плоскую поверхность, чем на трехмерное пространство, в котором, как мы думаем, мы живем, — подобно тому, как появляется ощущение глубины, когда вы смотрите на плоскую голографическую наклейку. Есть веская причина так думать: квантовые версии гравитации, встроенные в наше четырехмерное пространство-время, быстро становятся чрезвычайно сложными и неработоспособными. Здесь же математики отталкиваются от идеи, что Вселенная имеет границу.
Это тоже пока дискуссионный вопрос: какой формы Вселенная и конечна ли она. Разные физики-теоретики предлагают разные варианты: плоская, как лист, сферическая, в форме бублика, цилиндра и др. В любом случае, утверждают авторы новой теории, именно на границе Вселенной мир будет плоским, двумерным, как голограмма, которая обычно со стороны кажется нам трехмерной. Там-то, по мнению авторов открытия, и рождается квантовая гравитация то есть сходятся расчеты для ее формулирования.
Они являются научным предположением.
Каждая Вселенная имеет множество предысторий и множество возможных будущих состояний, то есть времена подобные настоящему, спустя долгий срок после их возникновения. Большинство из этих состояний будут значительно отличаться от условий той Вселенной, которую мы можем наблюдать». Стивен Хокинг и Леонард Млодинов «Великий замысел» Абстрактные логические выводы привели ученых к уникальной теории, которая предсказывает и описывает громадную Вселенную. М-теория является объединенной теорией, которую пытался создать Эйнштейн. Если М-теория подтвердится наблюдениями, это будет выдающимся открытием, к которому люди шли тысячелетиями.
Надежда на экспериментальное свидетельство М-теории жива по двум причинам. Первая — возможное открытие в ближайшем десятилетии суперсимметричных частиц. Это может произойти в Большом адронном коллайдере. Вторая проверка на реальность — поиск отклонений от закона тяготения. В настоящее время проводится ряд экспериментов, проверяющих с высокой точностью закон всемирного тяготения на расстояниях в сотые доли миллиметра.
Обнаружение отклонения от этого закона было бы ключевым аргументом в пользу суперсимметричных теорий. Если М-теория окажется верной, если она и в самом деле окажется теорией всего, то станет ли это концом той физики, которая нам известна? Если М-теория или любая другая теория, которая, в конечном счете, приведет нас к квантовой теории гравитации окажется верной, то она сделает возможным последнее путешествие для всей разумной жизни во Вселенной, побег из нашей умирающей Вселенной в новый дом через триллионы лет.
Теория струн для чайников
Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае. 2.0 Теория ДВС: Шары для расточки каналов ГБЦ. РИА Новости, 19.07.2023. Молодой астроном Эдвин Хаббл навсегда изменил представление о Вселенной. 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. гравитационные волны и их практическое применение.
Строение и развитие Вселенной для «чайника»
Сопутствующее расстояние до самого удалённого наблюдаемого объекта составляет около 14 миллиардов парсеков эквивалентно 46 миллиардам световых лет во всех направлениях. Художественное изображение Наблюдаемой Вселенной в логарифмическом масштабе. В центре Солнечная система, внутренние и внешние планеты, пояс Койпера, облако Оорта, Альфа Центавра, рукав Персея, галактика Млечный Путь, галактика Андромеды, соседние и дальние галактики, крупномасштабная структура Вселенной и реликтовое излучение. Важно отметить, что свет от самых дальних наблюдаемых объектов вскоре после Большого взрыва, дошёл до нас всего за 13,8 миллиарда световых лет, что значительно меньше, чем сопутствующее расстояние до этих объектов, равное 46 миллиардам световых лет, опять же из-за расширения Вселенной.
Эта вертикально ориентированная логарифмическая карта Вселенной охватывает почти 20 порядков величины, уводя нас от планеты Земля к краю видимой Вселенной. Каждая большая отметка на шкале справа соответствует увеличению шкалы расстояний в 10 раз. Следовательно, при движении в любом направлении рано или поздно вы вернётесь на исходную точку.
В таком случае Вселенная может быть конечной, но без определенных границ. Открытая Вселенная: В этой модели Вселенная расширяется вечно, и пространство беспредельно. Здесь нет определённых границ, и Вселенная действительно бесконечна.
Плоская Вселенная: В этой модели Вселенная имеет плоскую геометрию, а её размеры могут быть ограниченными, но опять-таки без определённых границ. В целом, сегодня «границу» наблюдаемой Вселенной можно установить на отметке в 13,8 миллиарда световых лет. Впрочем, это не значит, что Вселенная на этом обрывается.
Просто-напросто дальше мы пока заглянуть не способны.
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. Основные критерии и понятия теории струн Теория относительности говорит о том, что наша Вселенная — это плоскость, а квантовая механика заявляет, что на микроуровне происходит бесконечное движение, из-за которого искривляется пространство. А теория струн пытается соединить эти два предположения, и в соответствии с ней, элементарные частицы представляются в виде специальных компонентов в составе каждого атома — оригинальных струн, являющихся своеобразными ультрамикроскопическими волокнами. Элементарные частицы при этом обладают свойствами, которые объясняет резонансное колебание образующих эти частицы волокон. Подобными типами волокон осуществляются вибрации в бесконечном количестве. Для более точного понимания сути, простой обыватель может представить себе струны обычных музыкальных инструментов, которые могут в разное время натягиваться, успешно сворачиваться, постоянно вибрировать. Такими же свойствами обладают нити, взаимодействующие друг с другом при определенных вибрациях. Сворачиваясь в стандартные петли, нити образуют более крупные разновидности частиц — кварки, электроны, чья масса уже будет напрямую зависеть от уровня натянутости и частоты вибрации волокон. Так что энергию струн соотносят именно с этими критериями.
Масса элементарных частиц будет выше при большем количестве излучаемой энергии.
Кроме того, белые дыры противоречат второму закону термодинамики, по которому энтропия или рассеивание энергии системы остается либо постоянной, либо растет. Быстрее скорости света Когда речь идет о свете и его скорости, есть теория, которая предполагает: эта «универсальная константа» не всегда была такой универсальной. Текущие наблюдения показывают, что фиксированная скорость света составляет 299 792 458 метров в секунду — большая часть современной физики полагается на это значение.
Но исследования в области реликтового излучения создают определенное несоответствие: учитывая его однородность как в пространстве, так и на расстоянии, свет должен был достигнуть каждого из уголков ранней Вселенной. 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».
На самом деле каждый раз ваша поездка длилась все дольше и дольше, потому что вы путешествовали на большее расстояние. Но как это возможно, если пункты отправления и назначения остались прежними? Ответ кроется в скрытом мире темной материи. Понимание, как и объяснение темной материи и энергии, может быть сложным. В конце концов даже ведущие ученые мира не совсем уверены, что представляет собой все вышеперечисленное.
К тому же доказать их существование они могут лишь по влиянию, которое темная материя и энергия оказывают на Вселенную. Так как же работает темная материя? И что такое темная энергия? И почему путешествие домой в Андромеду каждый раз занимает все больше времени? Ниже вы найдете несколько фактов, которые объясняют, что сегодня известно ученым о темной материи и энергии и как, по их мнению, это влияет на нашу Вселенную и будущее всего человечества. Нам рассказывали о протонах, нейтронах и электронах, о том, что они являются строительными блоками всей материи, но ученые обнаружили, что на занятиях уделяли внимание далеко не всему, что есть во Вселенной.
Об устройстве Вселенной – простыми словами. Поймет даже ребенок
Исключительно простая теория всего. Алексеев с.с право азбука теория философия опыт комплексного исследования м 1999, м-теория вселенной для чайников. Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае. дуальности и отождествления в рамках теории, которые позволяют свести ее к частным случаям известных теорий струн и, в конечном итоге, к физике, которую мы наблюдаем в нашей Вселенной. Сегодня шоу «Ньютон для чайников» отправляется на Лыткаринский завод оптического стекла холдинга «Швабе». Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае. исследование, россия, подкасты риа новости, вселенная, наука, квантовая теория, аудио, физика.
Загадочные «нечастицы» способны расколоть Вселенную
А человечество при этом всеми силами пытается ухватиться именно за материальное, по-прежнему упрямо твердя, что остальное — эфемерно и «сказочно». Эффект наблюдателя Но и это еще не все научные сюрпризы. Ученые сделали еще одно открытие — так называемый «эффект наблюдателя». Удивительно, но на поведение элементарных частиц воздействует наблюдатель. Частицы то исчезают, то появляются, и как только субъект направляет свое внимание на конкретное местоположение электрона, он тут же там появляется. Но когда наблюдатель перестает туда смотреть, субатомная частица исчезает в бескрайнем поле энергии.
Звучит как магия, но это все научные факты. То есть получается, что физической материи не существует до тех пор, пока мы, не направляем на нее свое внимание. А как только мы перестаем наблюдать, объект тут же исчезает. Открытый и доказанный учеными «эффект наблюдателя» позволяет нам утверждать, что материя постоянно трансформируется и меняется — из материи в энергию. Это происходит 7-8 раз в секунду.
И мы с вами, будучи теми самыми наблюдателями окружающей реальности, постоянно проделываем этот «фокус» с появлением и исчезновением материи. Почему желания исполняются То есть получается, что наш разум первичен, он преобладает над материей. Это и есть квантовая реальность! А раз разум непосредственно влияет на объективную реальность, то все рассуждения эзотериков, парапсихологов и авторов тех самых кассовых фильмом верны — мы можем управлять своей реальностью!
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. По теории струн измерений может быть 6, 10 и даже 26. Но мы осознаем только четыре из них.
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? Всё просто — по квантовым правилам кот может находиться в одновременно исключающих друг друга состояниях — живом и мертвом, но только до того момента, пока за ним никто не наблюдает.
Здесь же математики отталкиваются от идеи, что Вселенная имеет границу. Это тоже пока дискуссионный вопрос: какой формы Вселенная и конечна ли она. Разные физики-теоретики предлагают разные варианты: плоская, как лист, сферическая, в форме бублика, цилиндра и др. В любом случае, утверждают авторы новой теории, именно на границе Вселенной мир будет плоским, двумерным, как голограмма, которая обычно со стороны кажется нам трехмерной. Там-то, по мнению авторов открытия, и рождается квантовая гравитация то есть сходятся расчеты для ее формулирования. В качестве приятного дополнения эта новая концепция может также объяснить работу темной энергии, расширяющей Вселенную. Когда мы ищем ответы на вопросы в физике, часто приходим и к новым открытиям в математике. Это особенно заметно при поиске квантовой гравитации, где крайне сложно проводить эксперименты», — говорит математик из Университета Чалмерса Дэниел Перссон. На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc.
Мир нереален? Как ученый доказал, что наша Вселенная – всего лишь симуляция
Тем не менее, этот вопрос был решен в начале 1980-х годов путем введения в теорию струн понятия, называемого «суперсимметрия». Она предсказывает, что каждая частица имеет суперпартнера и, по необыкновенному совпадению, то же самое условие фактически устраняет тахион. Этот первый успех широко известен как «первая революция струны». Еще одна поразительная особенность заключается в том, что теория струн требует наличия десяти пространственно-временных измерений. В настоящее время мы знаем только четыре: глубина, высота, ширина и время. Хотя это может показаться серьезным препятствием, было предложено несколько решений, и в настоящее время оно рассматривается как заметная функция, а не проблема. Например, мы можем быть вынуждены жить в четырехмерном мире без какого-либо доступа к дополнительным измерениям. Или дополнительные размеры могут быть «уплотнены» в таком маленьком масштабе, что мы их не заметили. Однако различные компактификации приведут к разным значениям физических констант и, следовательно, к различным законам физики. Возможное решение состоит в том, что наша Вселенная является лишь одной из многих в бесконечной «мульти-вселенной», управляемой различными законами физики. Существуют ли другие вселенные?
Изображение: Pixabay. Если Вы не уверены, вы можете попробовать прочитать роман Флатландия: роман про множество измерений Эдвина Эббота, в котором персонажи вынуждены жить в двух пространственных измерениях и не в состоянии понять, что есть третье. М-теория Но была одна остающаяся насущная проблема, которая беспокоила физиков-теоретиков в то время.
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. Согласно теории, до этого Вселенная была очень крошечной, очень горячей, плотной точкой, похожей на сингулярность, из которой возникло все, что мы видим вокруг себя. Конечно, для этого должно было произойти огромное количество процессов связанных с изменением энтропии.
Однако если мы подумаем о непрерывном увеличении энтропии, которое происходило на протяжении всех этих лет, то сможем сделать вывод, что энтропия Вселенной сейчас должна быть намного больше. На самом деле, согласно расчетам, энтропия Вселенной сегодня примерно в квадриллион раз больше, чем во время Большого взрыва. По мнению некоторых космологов, это можно объяснить с помощью идеи о существовании энтропии времени. Поскольку второй закон термодинамики гласит, что энтропия изолированной системы может увеличиваться, но не уменьшаться, энтропия требует определенного направления времени, иногда называемого осью времени. Таким образом, измерение энтропии - это способ отличить прошлое от будущего. Почему энтропия Вселенной растет?
Энтропия Вселенной будет продолжать расти, но что именно приводит к этому росту? Остаточные уровни излучения после Большого взрыва, ядерный синтез в звездах... Существует множество процессов, которые поддерживают поток энергии, но считается, что основной вклад в это вносят черные дыры из-за огромного количества частиц, которые они содержат. Черные дыры обладают огромной концентрацией массы, которая обеспечивает им исключительно сильное гравитационное поле. Поэтому они допускают множественность микросостояний. В связи с этим Стивен Хокинг предположил, что черные дыры выделяют тепловое излучение вблизи своих горизонтов событий.
Это излучение Хокинга может привести к потере массы и окончательному испарению черных дыр. Поэтому они будут набирать все большую массу и сливаться с другими черными дырами, превращаясь в сверхмассивные чёрные дыры. А когда они в конце концов распадутся, излучение Хокинга, создаваемое распадающимися чёрными дырами, будет иметь такое же количество возможных состояний, как и сама ранее существовавшая черная дыра. Согласно этой точке зрения, ранняя Вселенная имела низкую энтропию из-за меньшего количества или гораздо меньших размеров черных дыр.
Наш мозг попросту не способен этого представить. Нечто подобное было описано в одном псевдонаучном фантастическом фильме под названием «Господин Никто».
Там также затрагивается теория струн, и в очень киношной форме представляется то, каково это, жить сразу во всех десяти измерениях. В общем и целом, кино нудное, местами непонятное и не для всех. Но для базового, немного упрощенного и приукрашенного ознакомления с теорией струн сойдет. Все же знакомы со схематическими изображениями, на которых массивные небесные тела искривляют пространство вокруг себя под действием гравитации? Так вот искривляется не только пространство, но и время. Это сильно влияет на то, как идет время в космосе , можете почитать.
Но сейчас не об этом. Сейчас вопрос стоит в том, куда именно гравитация искривляет пространство-время? Ответа на этот вопрос мы дать не можем, так как ни одним из существующих измерений описать этот процесс невозможно. Время С трехмерным пространством более ли менее разобрались, но не будем забывать и про время — четвертое измерение. Ведь нам же мало знать, «где». Для жизни в нашем мире обязательно нужно еще и «когда».
Так как время — это тоже координата, то всю временную линию можно описать как луч. Вспоминайте школьный курс математики, что такое луч? Это линия, имеющая начало, но не имеющая конца. Время движется только вперед, и никак иначе. Реально лишь настоящее, и ни будущего, ни прошлого по сути вообще не существует. Однако теория относительности может с этим поспорить.
Она говорит о том, что время — такое же измерение, как и остальные три. А значит, все, что было, есть и будет, одинаково реально. Все относительно и зависит лишь от нашего восприятия. С точки зрения времени, человечество выглядит как-то так: Однако мы видим лишь определенную проекцию времени, небольшой его отрезок. И в каждый отдельный момент он будет различным. Чувствуете, где-то мы уже видели один и тот же объект по-разному в зависимости от его положения?
То самое брокколи в МРТ. Даже теория струн придерживается того, что временное измерение только одно. Все остальные пространственные. Но почему пространство такое гибкое, а время лишь одно? Ответа на этот вопрос сейчас нет. Вы уже и сами поняли, как трудно представить несколько лишних пространственных измерений, поэтому даже подумать сложно, как могут ощущаться несколько временных.
Некоторые ученые, как, например, Ицхак Барс, американский астрофизик, считают, что главной проблемой несостыковок в теории суперструн является как раз-таки игнорирование нескольких временных измерений. Давайте устроим себе разминку для ума и попробуем представить хотя бы два времени. После нескольких страниц мозговыносящего текста устраивать разминку для ума будет сложно, понимаю, но это интересно. Оба временных измерения должны существовать отдельно друг от друга. Таким образом, если поменять положение объекта в одной из размерностей, его координаты в другой вполне могут остаться неизменными. То есть, если одно временное измерение пересечется с другим в определенной точке, то время в ней остановится вовсе.
Наглядную картину этого показывает нам Нео из матрицы: По сути наш избранный просто поставил временную ось своей ладони перпендикулярно такой же оси летящих пуль. И все, время остановилось. На деле же все не так просто. Как вообще будет идти время в такой Вселенной? Исходя из логики, хотя, говоря о Теории Всего логику вообще лучше не упоминать, одно событие должно происходить два раза… одновременно… в разных точках пространства и времени… не пересекаясь… Да, это сложно. Вы все еще можете пойти поиграть в Dark Souls на банане.
Если по-простому, то вы будете жить одновременно в двух отрезках времени на этом строится вся суть фильма «Господин Никто», о котором я упоминал в начале. Как вообще 2D-пространство отличается от одномерного?
Проблемы с объяснением этой теории возникают не только у обывателей, но и у ученых. Весьма сложно соединить все основы типа гравитации и магнитных полей в одно целое. Физики хотели получить единую Теорию Всего, и вывели теорию суперструн. А что дальше с ней делать, как это все объяснить, никто не знает.
Чтобы собрать этот пазл, оказалось мало четырех измерений. Поэтому теория суперструн предполагает, что их десять. И, если это вам кажется много, то дальнейшее развитие данной теории привело к появлению на свет M и F-теорий, подразумевающих 11 и 12 измерений соответственно. Почему так много? Потому что при меньшем количестве все математические измерения своими результатами уходят в бесконечность. Не стоит забывать, что все это лишь теория, существующая пока только в математических расчетах.
Где же все остальные измерения, спросите вы? Говорят, что они находятся где-то в квантовом мире, заключенные в сфероподобные пространства Калаби-Яу. Внутри этих сфер находятся эдакие маленькие мирки с размерностью, которую нам не понять. Выглядит все это безобразие как-то так: Но всей этой запары ученым было мало, и они придумали почти 500 миллионов 470 вариантов таких сфер. И сейчас они активно пытаются выяснить, какая же из них настоящая. Из выборки в 470 миллионов практически вымышленных объектов нужно найти одну, соответствующую нашей реальности.
Это уже не DarkSouls на банане, это просто лютое безумие. У меня нет ни желания, ни ученой степени, чтобы объяснять вам про бозоны, кварки и гравитоны. Думаю, вам это и не нужно — углубление в физику. У нас же все-таки теория струн для чайников. Поэтому пойдем более простым путем. Суть теории струн Чтобы объяснить суть теории струн, начнем с самого начала.
А что у нас в начале? До всего этого десятка измерений, кое-что безразмерное, так называемое нулевое измерение. Конечно же, это точка. А у вас были другие варианты? Теперь возьмем две точки и соединим как в начальных классах на математике. Что получилось?
Правильно, отрезок. Он, в отличие от точки уже имеет одно измерение — длину. Однако ни ширины, ни высоты здесь по-прежнему нет. Двигаться в одномерном пространстве можно только вперед и назад. Никаких вверх-вниз, влево-вправо там и в помине нет. Если на вашем пути поставить какое-либо препятствие, вы в лепешку расшибетесь, но обогнуть его не сможете.
Зато на такой линии уже можно определить нахождение объекта по одной координате. Итак, представьте, что на отрезке все-таки возникло препятствие, как его обойти? Логично, что нужно добавить еще одно измерение, ибо в одном никак. Поэтому дорисовываем где-нибудь рядом с этой линией еще одну точку. Совместим ее с любой из двух других точек и получим двумерную систему координат. Теперь у нас есть два измерения — длина и ширина.
Но для настоящего 3D-пространства нам все еще не хватает высоты. Поэтому сейчас мы будем творить настоящую магию. Добавим еще одну точку и соединим ее с той, с которой соединяли предыдущую. Теперь мы можем двигаться как вперед и в сторону, так и вверх-вниз. Мы получили трехмерное пространство, в котором мы же с вами и живем. Ну и не забываем про время, конечно же.
Новая теория: Вселенная могла начаться с темного Большого взрыва
Согласно теории относительности, закрытая Вселенная будет расширяться, а затем сжиматься обратно и в конце концов схлопнется, открытая Вселенная будет расширяться бесконечно, а плоская сначала будет расширяться, а затем очень постепенно замедлится и остановится. Согласно теории относительности, закрытая Вселенная будет расширяться, а затем сжиматься обратно и в конце концов схлопнется, открытая Вселенная будет расширяться бесконечно, а плоская сначала будет расширяться, а затем очень постепенно замедлится и остановится. М-теория является единственным кандидатом на законченную теорию Вселенной.