Переменная скорость света, новые миры в черных дырах и пончики как истинная форма Вселенной.
1. Чёрные дыры порождают внутри себя новые миниатюрные вселенные
Черная дыра — это область пространства-времени, где гравитационное поле настолько сильное, что материя и даже свет не могут выйти из ее заключения. Когда крупные звезды умирают, они иногда коллапсируют под давлением собственной массы, образуя сингулярность — ядро черной дыры, точку бесконечной плотности. А всему, что попадает в гравитационный колодец, суждено попасть в сингулярность.
Из-за чрезвычайно высокой плотности сингулярностей известные нам законы физики не действуют на сингулярности, поэтому ни один физик не может предсказать, что на самом деле там происходит. Поэтому ученые выдвинули различные гипотезы.
Самая захватывающая теория принадлежит физику-теоретику Ли Смолину из Университета Ватерлоо. Согласно ей получается, что черные дыры образуют собственную мини-вселенную.
Смолин разработал так называемую теорию естественного отбора Вселенной.
Дело вот в чем. Когда звезда коллапсирует в черную дыру, в ее сингулярности происходит квантовый скачок, создавая новую вселенную с измененными физическими параметрами. У него есть своя космологическая постоянная, постоянная Планка, гравитационная постоянная, скорость света (если она существует), абсолютный ноль температуры и т д.
Те вселенные, которые способствуют образованию черных дыр, будут продолжать порождать новые вселенные. Если в следующей сингулярности окажется, что даже материя не может сформироваться в ее карманной вселенной, значит, она не подверглась естественному отбору. Он будет продолжать расти, пока черная дыра не испарится.
Смолин называет эту теорию «естественным отбором», потому что этот процесс приводит к постепенному фиксированию физических параметров в «успешной» вселенной с множеством черных дыр. Такая вселенная будет «выживать» и «размножаться». Все как у Дарвина.
Эта теория могла бы объяснить, почему наша Вселенная, по-видимому, идеально приспособлена для возникновения материи и жизни. Просто его менее успешная «сестра» не произвела на свет «потомства», поэтому легко «вымереть». Наша Вселенная хороша, подвержена «естественному отбору».
2. Скорость света не является константой
все мы еще со школы знаем вечную истину: скорость света в вакууме равна 299 792 458 м/с. Это число является фундаментальной константой, и ничто не может двигаться быстрее этого числа. Но физики-теоретики Жоао Магейхо из Имперского колледжа Лондона и Ниайеш Афшорди из Университета Ватерлоо в Канаде предложили радикальную теорию, которая предполагает, что скорость света может быть быстрее, чем изменения, произошедшие на ранних этапах Вселенной.
Видите ли, ученые до сих пор не понимают, почему пространство кажется таким однородным и почему космическое микроволновое фоновое излучение везде одинаково, несмотря на то, что два конца Вселенной должны быть изолированы друг от друга из-за их огромных расстояний.
Чтобы объяснить это несоответствие, ученые разработали теорию инфляции. По ее словам, ранняя Вселенная была намного меньше, что позволило температурам выровняться. Затем она резко возросла (период, известный как инфляция) и сейчас продолжает расти, но не так быстро.
Однако ученые до сих пор не смогли объяснить, почему Вселенная вступила в эру инфляции между 10^-33 и 10^-32 секундами после Большого взрыва.
Магеджу и Афшорди нашли другое объяснение. Согласно их теории, причина, по которой Вселенная настолько однородна, заключается в том, что максимально возможная скорость во Вселенной раньше была другой. По их расчетам, когда космос был намного горячее, чем сейчас, скорость света вообще стремилась к бесконечности, а излучение распространяется быстрее, чем гравитация.
Это позволило прогреть все пространство, обеспечив тот равномерный микроволновый фон, который мы сейчас наблюдаем. Изменение скорости света также влияет на значение космологической постоянной, которая могла бы объяснить ускоряющееся расширение Вселенной.
3. Долетев до одного конца Вселенной, можно оказаться в противоположном
Возможно, вы играли в компьютерные игры, в которых, когда персонаж достигает края карты, он появляется с другого конца. Поэтому некоторые физики полагают, что в реальной Вселенной все происходит точно так же. Ну разве что преимуществ у него нет.
Так называемые закрытые модели предполагают, что Вселенная имеет конечный объем, но не имеет границ. Это означает, что если вы достаточно долго летите по прямой, вы в конечном итоге вернетесь туда, откуда начали.
Существует множество моделей топологии замкнутого пространства. Наиболее вероятными являются сферы и торы.
То есть Вселенная не только замкнута, как карта в некоторых космических стратегиях, но и имеет форму бублика.
Международная группа космологов, консорциум под названием COMPACT Collaboration, проанализировала оставшийся свет от Большого взрыва и пришла к выводу, что современные модели полностью допускают такой космический ландшафт.
Такая топология Вселенной может производить очень странные эффекты. Например, из-за закрытости космоса многие галактики и другие космические объекты, наблюдаемые астрономами, могут быть «отражениями» других галактик.
Предположим, свет от одного и того же объекта достигает нас по разным маршрутам — например, один по прямой, а второй — через другую сторону Вселенной. Это создает несколько изображений одной и той же галактики. Но мы не можем этого понять, потому что нам кажется, что он находится на другой стадии развития из-за конечной скорости света.
Это как если бы Вселенная — это комната в парке развлечений, полная кривых зеркал.
4. Вселенная — это голограмма
Кстати, это было с тех пор, как мы помним закрытые карты в компьютерных играх. Многие люди слышали о концепции, согласно которой вся наша Вселенная — это компьютерная симуляция. Но есть еще более безумная, но в то же время очень логичная теория, полностью научно доказанная. Он был предложен физиком Джеральдом Хофтом из Утрехтского университета, а затем разработан Леонардом Сасскиндом из Стэнфордского университета и Хуаном Малдасеной из Института перспективных исследований в Принстоне. Эта теория утверждает, что наша Вселенная является проекцией другой Вселенной.
Вы наверняка видели голограммы — это изображения на двухмерной поверхности, которые кажутся трехмерными, если смотреть под разными углами. По сути, это двумерная «карта света» трехмерного объекта.
Малдасена доказал, что наша Вселенная может быть такой голограммой. Он объединил теорию так называемых пятимерных антидеситтеровских пространств с квантовой теорией поля. Он также показал, что сложная физика в объемном пространстве с гравитацией может быть описана более простой физикой при отсутствии гравитации на поверхности этого пространства. Это известно как «голографический принцип»: понимая, что происходит на двухмерной поверхности, можно полностью описать все, что происходит в трехмерном пространстве.
Малдасена предположил, что, хотя мы можем думать, что живем в четырехмерной вселенной, на самом деле она только двухмерна. Это означает, что вся наша Вселенная на самом деле является просто проекцией некоторого двумерного пространства более низкого порядка. Вы думаете, невозможно, чтобы человек был двухмерным и не замечал этого? Ну, мы не можем почувствовать кривизну и вращение Земли, но они есть.
Голографические принципы могут помочь связать квантовую механику и гравитацию. Кроме того, теория также решает информационный парадокс черных дыр. Он предполагает, что информация, попадающая в черную дыру, не теряется навсегда, а вместо этого кодируется в виде двумерной проекции на ее поверхность (горизонт событий.
Это означает, что если бы вас бросили в черную дыру, ваша голограмма навсегда запечатлелась бы на ее горизонте событий.
В 2017 году группа учёных из Великобритании, Канады и Италии экспериментально подтвердила голографический принцип. Однако они не уверены, что мы сейчас живем в голограмме. Но их расчеты показывают, что, по крайней мере, на самых ранних стадиях своего развития — через сотни тысяч лет после Большого взрыва — Вселенная действительно могла быть двумерной.
5. Наблюдения за Вселенной могут повлиять на неё
Вы наверняка слышали о так называемом эффекте наблюдателя. Это явление в физике, при котором состояние системы изменяется под влиянием наблюдаемых ею фактов. Этот эффект особенно очевиден на квантовом уровне: когда ученые наблюдают в эксперименте субатомные частицы, они могут вести себя иначе, чем без аудитории. Можно подумать, что кванты каким-то образом поймут, что за ними наблюдают.
Наша Вселенная состоит лишь на 4,9% из обычной материи, или барионной материи, из которой состоят звезды, планеты и мы с вами. Следующие 26,8% — это темная материя, вещество, которое нельзя потрогать, увидеть или с которым невозможно взаимодействовать. Мы знаем, что он существует только благодаря гравитационному воздействию. Наконец, оставшиеся 68,3% пространства занимают темная энергия. Именно эта природа, которую наука до сих пор не может понять, ответственна за расширение Вселенной.
Американский физик и космолог Лоуренс Краусс предложил теорию, согласно которой темная энергия имеет свойства, аналогичные квантовой энергии. Благодаря так называемому квантовому парадоксу Зенона люди действительно могут влиять на состояние Вселенной (по крайней мере, на ее наблюдаемую часть.
Последнее состоит в том, что время распада метастабильного квантового состояния системы напрямую зависит от частоты измерения ее состояния. То есть, чем больше раз вы это сделаете, тем быстрее он перейдет в другое состояние.
Краус считает, что тот факт, что люди понимают темную энергию и ищут ее, влияет на квантовое состояние этой энергии. Действительно, средства массовой информации несколько преувеличили его вывод такими заголовками, как «Астрономические наблюдения могут сократить жизнь Вселенной!» Краусс не сказал ничего подобного; его теория была понята неправильно. Маловероятно, что мы могли бы вызвать коллапс всей Вселенной, просто наблюдая за ней.
Однако квантовый парадокс Зенона реален, и наблюдатель всегда теоретически может влиять на темную энергию, даже если не в макроскопическом масштабе. Когда вы смотрите в бездну, бездна смотрит на вас.
- Хотите связаться со мной?
