Исключительно простая теория всего. Алексеев с.с право азбука теория философия опыт комплексного исследования м 1999, м-теория вселенной для чайников. Теория струн Теория струн – физическая теория, объединяющая квантовую механику и общую теорию относительности, и считающаяся главным кандидатом на роль теории квантовой гравитации. Они не доказывают окончательно, что теория отскакивающей Вселенной неверна, но подчеркивают проблемы с некоторыми версиями этой теории. В статье рассказывается о Вселенной, теориях ее происхождения, свойствах.
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
это увлекательная концепция, объединяющая различные теории, такие как струнная теория и супергравитация, чтобы понять природу Вселенной на самом глубоком уровне. исследование, россия, подкасты риа новости, вселенная, наука, квантовая теория, аудио, физика. Говоря нетехническим языком, M-теория дает представление об основной субстанции вселенной. Так что данная теория "Вселенной Феникса" прогрессивна, и именно поэтому не будет принята научным сообществом. Теория Большого взрыва по-прежнему является доминирующей космологической моделью, объясняющей происхождения Вселенной.
Происхождение Вселенной. Какие новые версии предлагает наука и религия?
Тщательная классификация показала существование пяти различных последовательных теорий струн, и было непонятно, почему природа должна выбирать одну из пяти. И здесь в игру вступает М-теория. Во время второй революции струн в 1995 году физики предположили, что пять последовательных теорий струн на деле являются разными лицами уникальной теории, которая существует в одиннадцати пространственно-временных измерениях и называется М-теорией. Она включает каждую струнную теорию различных физических контекстов, при этом оставаясь рабочей для всех. Эта невероятно увлекательная картина привела большинство теоретических физиков к идее, что М-теория станет теорией всего — и она также математически более последовательна, чем все остальные предлагаемые теории. Как бы то ни было, пока что М-теория не смогла произвести прогнозы, которые могут быть проверены экспериментально. Суперсимметрия в настоящее время тестируется на Большом адронном коллайдере. Если бы ученые смогли найти признаки существования суперпартнеров, это окончательно укрепило бы позиции М-теории. Но современная теоретическая физика пока не в состоянии дать проверяемые прогнозы, а экспериментальная не может представить для этой проверки эксперименты. Большинство великих физиков и космологов одержимы желанием найти это прекрасное и простое описание мира, которое могло бы объяснить все. И хотя мы пока далеки от этого, без гениальных и творческих людей вроде Хокинга это было бы и вовсе невозможно.
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». Теория становится еще интереснее, если предположить, что в других вселенных не действуют те же законы физики, что и в нашей: для этого просто нет оснований.
Например, мы могли бы существовать в четырехмерном мире без какого-либо доступа к дополнительным измерениям. Однако различные компактификации привели бы к иным значениям физических констант и иным законам физики. М-теория Оставалась еще одна проблема, которая не давала покоя теоретикам струн того времени. Тщательная классификация показала существование пяти различных последовательных теорий струн, и было непонятно, почему природа должна выбирать одну из пяти. И здесь в игру вступает М-теория. Во время второй революции струн в 1995 году физики предположили, что пять последовательных теорий струн на деле являются разными лицами уникальной теории, которая существует в одиннадцати пространственно-временных измерениях и называется М-теорией. Она включает каждую струнную теорию различных физических контекстов, при этом оставаясь рабочей для всех.
Эта невероятно увлекательная картина привела большинство теоретических физиков к идее, что М-теория станет теорией всего — и она также математически более последовательна, чем все остальные предлагаемые теории. Как бы то ни было, пока что М-теория не смогла произвести прогнозы, которые могут быть проверены экспериментально. Суперсимметрия в настоящее время тестируется на Большом адронном коллайдере. Если бы ученые смогли найти признаки существования суперпартнеров, это окончательно укрепило бы позиции М-теории. Но современная теоретическая физика пока не в состоянии дать проверяемые прогнозы, а экспериментальная не может представить для этой проверки эксперименты.
Хотя у него не было намечено подробностей этой основной теории, он предложил ей название - М-теория. Часть идеи, лежащей в основе самой теории струн, состоит в том, что четыре измерения 3 пространственных измерения и одно временное измерение нашей наблюдаемой Вселенной можно объяснить, если представить себе Вселенную как имеющую 10 измерений, но затем «компактифицировать» 6 из них размеров до субмикроскопических масштабов, которые никогда не наблюдаются.
Действительно, сам Виттен был одним из тех, кто разработал этот метод еще в начале 1980-х годов! Теперь он предложил сделать то же самое, допустив дополнительные измерения, которые позволили бы трансформации между различными 10-мерными вариантами теории струн. Энтузиазм исследований, возникший в результате этой встречи, и попытка вывести свойства М-теории открыли эру, которую некоторые назвали «второй революцией теории струн» или «второй революцией суперструн». Свойства М-теории Хотя физики до сих пор не раскрыли секретов М-теории, они определили несколько свойств, которые теория будет иметь, если гипотеза Виттена окажется верной: 11 измерений пространства-времени эти дополнительные измерения не следует путать с идеей физики мультивселенной параллельных вселенных содержит струны и браны первоначально называемые мембранами методы использования компактификации, чтобы объяснить, как дополнительные измерения сводятся к четырем измерениям пространства-времени, которые мы наблюдаем 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. Что означает "М"? Неясно, что означает буква M в M-теории, хотя вполне вероятно, что изначально она означала «мембрану», поскольку только что было обнаружено, что они являются ключевым элементом теории струн.
Теории о Вселенной, которые взорвут ваш мозг 💥
Где Си — это изменение всех зарядов на противоположные, когда материя превращается в антиматерию. Пи — изменение пространственных координат, Ти — обращение хода времени. А вот наша Вселенная эту симметрию нарушает, хотя бы потому, что почти не содержит антивещества. Поэтому мы предполагаем, что в момент Большого взрыва образовались сразу две вселенные — наша и та, которая ее "уравновешивает", — говорит директор Института теоретической физики "Периметр" Нил Турок. Гипотеза о существовании вселенной, идентичной нашей Группа исследователей университета Цукубы уверена в обратном. По мнению китайских и японских ученых, параллельный мир, если он существует, должен быть похож на наш словно близнец. Эта гипотеза опирается на теорию суперструн. Некоторые физики считают, что реальность состоит не из атомов и электронов, а куда более мелких вибрирующих струн. Когда они звучат и скручиваются, то производят разные эффекты, например, известную нам гравитацию. По мнению ученых, можно рассматривать некоторые элементарные частицы например, пионы, которые по массе меньше атома как тонкие протяженные нити — так называемые квантовые струны. Вот только такая теория сработает не в трех, а в десяти измерениях!
Почему мы их не видим? Потому что они такие крошечные, что обнаружить их невозможно. Четыре из них у обоих миров были видимы и идентичны, а остальные шесть скрыты и отличались друг от друга. Исследователи пытались понять, насколько сильно эти отличия меняют каждый из миров. Явления из первой вселенной проецировали на вторую. Получается, если в нашем мире извергается вулкан, точно такой же выплескивает лаву и в параллельной вселенной. Но это в теории. А что если иные миры создают не колебания каких-то невидимых струн... Гипотеза о квантовой мультивселенной Многие в детстве хотели стать космонавтами, когда вырастут, но мало кому удалось осуществить эту мечту. Впрочем, Пол Саттер — астрофизик из Университета Стоуни-Брук уверен, что многие все же полетели в космос, только не знают об этом.
Просто случилось это в параллельной вселенной. Никакой магии, чистые… кванты! Согласно квантовой механике, каждый элемент одновременно существует в нескольких состояниях. И выбирает одно из них, только когда появляется наблюдатель. Это называется коллапс волновой функции — тогда возможность переходит в реальность. С помощью квантовой механики ученые пытались объяснить, как мир мог появиться из ничего.
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. Существует ли предел энтропии во Вселенной? Как бы мы ни говорили о тенденции к увеличению энтропии, законы термодинамики также подразумевают состояние максимальной энтропии. В повседневной жизни мы можем наблюдать это, когда наш кофе остывает в чашке.
Когда кофе достигает комнатной температуры, это означает, что он находится в тепловом равновесии с окружающей средой.
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. При переходе от частиц к струнам появляется реальное соответствие операторов-состояний. Флуктуация в метрике пространства-времени то есть, оператор автоматически представляет состояние в квантово-механическом описании свойств струны. Поэтому квантовую теорию гравитации в пространстве-времени можно создать на основе теории струн.
Но это не всё, что мы получим: мы также получим квантовую гравитацию, объединённую с другими частицами и взаимодействиями в пространстве-времени, с теми, что соответствуют другим операторам струны в теории поля. Также существует оператор, описывающий флуктуации геометрии пространства-времени, а ещё один — для квантовых состояний струны. Самое интересное в теории струн то, что она способна дать нам рабочую квантовую теорию гравитации. Брайан Грин делает презентацию по теории струн Всё это не означает, что вопрос решён, и что теория струн — это путь к квантовой гравитации. Великая надежда теории струн состоит в том, что эти аналогии смогут удержаться на всех масштабах, и что появится недвусмысленное соответствие типа «один к одному» струнной картины мира и Вселенной, которую мы наблюдаем вокруг нас. Пока что картина мира со струнами и суперструнами непротиворечива лишь в нескольких наборах измерений, и наиболее многообещающий из них не даёт нам четырёхмерной гравитации Эйнштейна, описывающей нашу Вселенную.
Вместо этого мы обнаруживаем 10-мерную теорию гравитации Бранса - Дикке. Если вы слышали термин «компактификация» в приложении к теории струн — это просто слово, обозначающее, что мы должны разгадать эти загадки. Пока что многие люди предполагают существование полного и убедительного решения, подходящего для компактификации. Двумерная проекция многообразия Калаби-Яу , одного из популярных методов компактификации дополнительных, ненужных измерений теории струн Теория струн предлагает путь к квантовой гравитации, с которым могут сравниться немногие альтернативы. Если сделать разумные выводы по поводу того, как работает математика, мы сможем получить из неё как ОТО, так и Стандартную модель. На сегодня это единственная идея, которая даёт нам это — поэтому за ней так отчаянно гонятся.
Неважно, выступаете ли вы за успех теории струн или за провал, или как вы относитесь к отсутствию проверяемых предсказаний, она, без сомнения, остаётся одной из наиболее активных областей исследования теоретической физики. По сути, теория струн выделяется, как лидирующая идея среди мечтаний физиков об окончательной теории. Теги: Добавить метки Различные версии теории струн сегодня рассматриваются в качестве главных претендентов на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. А это - своего рода Священный Грааль физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологии. Универсальная теория она же теория всего сущего содержит всего несколько уравнений, которые объединяют в себе всю совокупность человеческих знаний о характере взаимодействий и свойствах фундаментальных элементов материи, из которых построена Вселенная. Сегодня теорию струн удалось объединить с концепцией суперсимметрии, в результате чего родилась теория суперструн, и на сегодняшний день это максимум того, что удалось добиться в плане объединения теории всех четырех основных взаимодействий действующих в природе сил.
Сама по себе теория суперсимметрии уже построена на основе априорной современной концепции , согласно которой любое дистанционное полевое взаимодействие обусловлено обменом частицами-носителями взаимодействия соответствующего рода между взаимодействующими частицами см. Стандартная модель. Для наглядности взаимодействующие частицы можно считать «кирпичиками» мироздания, а частицы-носители - цементом. Теория струн - направление математической физики, изучающее динамику не точечных частиц, как большинство разделов физики, а одномерных протяжённых объектов, то есть струн. В рамках стандартной модели в роли кирпичиков выступают кварки, а в роли носителей взаимодействия - калибровочные бозоны, которыми эти кварки обмениваются между собой. Теория же суперсимметрии идет еще дальше и утверждает, что и сами кварки и лептоны не фундаментальны: все они состоят из еще более тяжелых и не открытых экспериментально структур кирпичиков материи, скрепленных еще более прочным «цементом» сверхэнергетичных частиц-носителей взаимодействий, нежели кварки в составе адронов и бозонов.
Естественно, в лабораторных условиях ни одно из предсказаний теории суперсимметрии до сих пор не проверено, однако гипотетические скрытые компоненты материального мира уже имеют названия - например, сэлектрон суперсимметричный напарник электрона , скварк и т. Существование этих частиц, однако, теориями такого рода предсказывается однозначно. Картину Вселенной, предлагаемую этими теориями, однако, достаточно легко представить себе наглядно. В масштабах порядка 10Е—35 м, то есть на 20 порядков меньше диаметра того же протона, в состав которого входят три связанных кварка, структура материи отличается от привычной нам даже на уровне элементарных частиц. На столь малых расстояниях и при столь высоких энергиях взаимодействий, что это и представить немыслимо материя превращается в серию полевых стоячих волн, подобных тем, что возбуждаются в струнах музыкальных инструментов. Подобно гитарной струне, в такой струне могут возбуждаться, помимо основного тона, множество обертонов или гармоник.
Каждой гармонике соответствует собственное энергетическое состояние. Согласно принципу относительности см. Теория относительности , энергия и масса эквивалентны, а значит, чем выше частота гармонической волновой вибрации струны, тем выше его энергия, и тем выше масса наблюдаемой частицы. Однако, если стоячую волну в гитарной струне представить себе наглядно достаточно просто, стоячие волны, предлагаемые теорией суперструн наглядному представлению поддаются с трудом - дело в том, что колебания суперструн происходят в пространстве, имеющем 11 измерений. Мы привыкли к четырехмерному пространству, которое содержит три пространственных и одно временное измерение влево-вправо, вверх-вниз, вперед-назад, прошлое-будущее. В пространстве суперструн всё обстоит гораздо сложнее см.
Физики-теоретики обходят скользкую проблему «лишних» пространственных измерений, утверждая, что они «скрадываются» или, научным языком выражаясь, «компактифицируются» и потому не наблюдаются при обычных энергиях.
Но косвенные данные и компьютерное моделирование указывают на то, что темная материя, являющаяся невидимой формой материи, не просто существует, а занимает подавляющую часть общей массы в космосе. Стандартная теория гласит, что Большой взрыв каким-то образом создал темную материю, после чего она просто "болтается" в космосе, никак и ни с чем не взаимодействуя. В новом исследовании предложена теория о том, что эпоха инфляции и нуклеосинтеза Большого взрыва не была одинокой, а темная материя появилась и развивалась по совершенно отдельному сценарию. Согласно ему, когда инфляция закончилась, она заполнила Вселенную частицами и излучением, но не темной материей. Более того, физики предполагают, что осталось какое-то квантовое поле, которое не исчезло. По мере расширения и охлаждения Вселенной это неизвестное квантовое поле в конечном итоге трансформировалось, вызвав образование темной материи. Иными словами, новый подход к теории Большого взрыва отделяет эволюцию темной материи от эволюции "нормальной" материи, то есть той материи, которую мы можем увидеть, услышать, пощупать и т.
Теории о Вселенной, которые взорвут ваш мозг 💥
М-теория является единственным кандидатом на законченную теорию Вселенной. Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Физик Макс Тегмарк о методах объяснения Вселенной, открытиях звезд и математических свойствах электронов.
Телескоп «Хаббл» отметил 34-ю годовщину работы красочным изображением туманности Гантель
В статье рассказывается о Вселенной, теориях ее происхождения, свойствах. Оппонент этой теории астроном Фред Хойл в 1949 году назвал ее пренебрежительно «Большим взрывом» (Big Bang), однако определение закрепилось в науке. Вселенная, новости космоса, НЛО, а также непознанное на самом популярном сайте Наша Вселенная. Что включает понятие «законы Вселенной» и какие из них оказывают сильное влияние на жизнь людей? Измерения, сделанные с помощью WMAP, т. е. микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона, посвященного современной плотности и геометрии Вселенной, поддерживают теорию Большой Заморозки.
Комментарии:
- Основные критерии и понятия теории струн
- Теория Большого Взрыва
- Строение и развитие Вселенной для «чайника»: 1 комментарий
- Создание М-теории
- Новая «теория всего» предполагает, что наша Вселенная может быть похожа на голограмму
Вселенная: что это такое, описание, строение, происхождение, фото и видео
Но в последнее время все чаще всплывают вопросы о темной материи. Мол, что это такое и почему ее так упорно ищут ученые. В чем вообще состоит идея «темного потока» нашей Вселенной? Предлагаем на секунду представить, что вы — выпускник Межгалактической школы из галактики Андромеда, который вместе с другом поступил во Вселенский университет галактики Млечный Путь. Вероятно, по праздникам и выходным вы захотите навещать своих близких, поэтому вам придется ездить из одной галактики в другую. И когда вы в очередной раз приедете домой в Андромеду, то обнаружите, что путь обошелся вам дороже, чем в прошлый уикенд. А прошлая поездка, в свою очередь, была дороже предшествующей.
В этот момент вы наверняка заподозрили бы что-то неладное. И не зря. 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?
Стандартная модель фундаментальных взаимодействий обеспечивает единую структуру для трех из этих сил, но гравитация никак не хочет вписываться в эту картину. Несмотря на точное описание крупномасштабных явлений, таких как поведение планеты на орбите или динамика галактик, общая теория относительности перестает работать на очень коротких дистанциях. Согласно Стандартной модели, все силы опосредуются определенными частицами. В случае с гравитацией работу выполняет гравитон. Но когда мы пытаемся рассчитать взаимодействия этих гравитонов, появляются бессмысленные бесконечности в уравнениях. Полноценная теория гравитации должна быть рабочей в любых масштабах и принимать во внимание квантовую природу фундаментальных частиц. Это позволило бы уместить гравитацию в объединенной структуре с тремя другими фундаментальными взаимодействиями, тем самым создав пресловутую теорию всего. Конечно, с тех пор, как умер Альберт Эйнштейн в 1955 году, был проделан значительный прогресс в этой области. Наш лучший кандидат сегодня носит имя M-теории. Революция струн Чтобы понять основную идею М-теории, нужно вернуться в 1970-е годы, когда ученые поняли, что вместо того, чтобы описывать вселенную, основываясь на точечных частицах, их лучше было бы описывать в виде осциллирующих струн энергетических трубочек. Новый способ осмысления фундаментальных составляющих природы привел к решению многих теоретических проблем. Прежде всего, отдельное колебание струны можно интерпретировать как гравитон.
У частиц обычно есть определенная масса и импульс. Нечастицы, однако, возникают в результате взаимодействия набора полей, где их возбуждения не имеют определенного импульса и массы. В макроскопическом масштабе они ведут себя как жидкость. Как следствие, соотношение между давлением, оказываемым нечастицами, и плотностью их энергии, зависит от температуры. Очень слабое взаимодействие нечастиц с «обычной» материей, предсказываемое всеми теоретическими моделями вещества, делает их отличным кандидатом на роль темной энергии. Значения постоянной Хаббла и параметра S8, полученные с использованием нечастиц, согласуются друг с другом, в отличие от значений, рассчитанных с использованием стандартной космологической модели. На данный момент нет эмпирических доказательств, подтверждающих эту теорию.
ПКК избегает сингулярностей, которые являются проблематичными, потому что физика и математика не работают, когда применяются к бесконечно малой точке. ПКК опирается на мост между классической физикой и квантовой механикой, известный как петлевая квантовая гравитация, которая постулирует, что сила гравитации иссякает на очень малых расстояниях, а не увеличивается до бесконечности. Однако, когда исследователи сравнили предсказания ПКК с фактическими данными космического микроволнового фона CMB с 2009 по 2013 год, предоставленными космической обсерваторией Planck, они не обнаружили никаких ощутимых признаков этих аномалий. Слишком много накопленного хаоса Несмотря на эти открытия, вопрос о происхождении Вселенной остается открытым. Сторонники Большого взрыва утверждают, что у нее было начало, но это оставляет открытым вопрос о непостижимой сингулярности, с которой все началось. С другой стороны, теории циклических космологий предполагают, что Вселенная бессмертна и проходит через бесконечные возрождения. По-настоящему циклическая Вселенная не имеет ни начала, ни конца.
Новая теория: Вселенная могла начаться с темного Большого взрыва
Для таких вымышленных миров физики могут описывать процессы при любых энергиях, включая и формирование и испарение чёрных дыр. Эта простая последовательность событий привела большинство экспертов к выводу о том, что М-теория является ведущим кандидатом на ТВ, даже несмотря на то, что её точное определение во Вселенной, похожей на нашу, остаётся неизвестным. Корректна ли теория — вопрос отдельный. Предлагаемые ею струны — как и дополнительные свёрнутые измерения, в которых эти струны должны вибрировать — в 10 миллионов миллиардов раз меньше разрешения таких экспериментов, как Большой адронный коллайдер. А некоторых макроскопических признаков теории, которые можно было бы уже увидеть, вроде космических струн или суперсимметрии, обнаружено не было. У других же версий ТВ наблюдается множество различных технических проблем, и ни одна из них пока не повторила математической непротиворечивости теории струн — как расчёт такого, например, процесса, как рассеяние гравитонов друг на друге.
Согласно Симмонсу-Даффину, ни один из соперников не смог закончить первый шаг, или первую «квантовую коррекцию» этого вычисления. Один философ даже утверждал, что статус теории струн, как единственной из известных непротиворечивых теорий, считается доказательством её истинности.
Но тогда она должна объяснить особое событие — рождение Вселенной.
Начало Вселенной было особым субъектом для космологов, изучающих мир звезд и галактик. Сначала они узнали, что все началось с Большого Взрыва, потом пришло время уточнений и детализации. Они углублялись в прошлое все ближе и ближе.
Если бы все во Вселенной было бы объяснено, то теория струн и теория Большого Взрыва должны плотно слиться и отлично дополнять друг друга. Ведь одна занималась рождением Вселенной, а другая — всем веществом в ней. Похоже физики были на пороге триумфа, но все пошло не так.
Им никак не удавалась сшить две теории воедино. Две любимые теории стали саморазрушаться. Первая проблема возникла с Большим Взрывом.
Она ничего не говорит нам ничего самом большом взрыве, она не говорит, что взорвалось, почему, что вызвало взрыв. Фундаментальная проблема космологии, что фундаментальные законы физики как мы их знаем рушатся в момент Большого взрыва. Некоторые говорят: «Ну и что из того, что рушатся физические законы».
Но для физики это катастрофа. Всю свою жизнь ученые посвятили утверждению, что Вселенная подчиняется известным законам, которые могут быть описаны языком математики и вот основа самой Вселенной попадает за пределы физического закона. Начало Большого Взрыва — самая большая загадка космологии.
Ее назвали сингулярностью. Сингулярность — это точка пространства-времени, в которой кривизна его становится бесконечной. Со струнами тоже возникли неприятности.
Чем больше людей занимались теорией струн, тем более одна запутывалась. Вскоре ученые получили пять разных теорий струн. Куда уж тут думать о единой теории!
Некоторые стали говорить, что это не теория всего, а теория ничего! Но было сделано новое открытие. Оно вдохновило их на новые попытки и повернуло лицом к последней популярной идее — параллельные вселенные.
Когда развалилась теория струн — никто не обезумел от горя. Майкл Дафф -один из создателей теории супергравитации. Эта теория не очень то сильно отличалась от теории суперструн.
Отличие было лишь в маленькой детали — в числе измерений. Обычно мы рассматриваем себя живущими в трех измерениях.
Неудивительно, что это очень смущало физиков, ведь это очевидно больше, чем то, что мы видим. К 1973 году только несколько молодых физиков все еще боролись с загадочными выкладками теории струн. Одним из них был американский физик-теоретик Джон Шварц. В течение четырех лет Шварц пытался приручить непослушные уравнения, но без толку. Помимо других проблем, одно из этих уравнений упорно описывало таинственную частицу, которая не имела массы и не наблюдалась в природе. Ученый уже решил забросить свое гиблое дело, и тут его осенило — может быть, уравнения теории струн описывают, в том числе, и гравитацию? Впрочем, это подразумевало пересмотр размеров главных «героев» теории — струн. Предположив, что струны в миллиарды и миллиарды раз меньше атома, «струнщики» превратили недостаток теории в ее достоинство.
Таинственная частица, от которой Джон Шварц так настойчиво пытался избавиться, теперь выступала в качестве гравитона — частицы, которую долго искали и которая позволила бы перенести гравитацию на квантовый уровень. Именно так теория струн дополнила пазл гравитацией, отсутствующей в Стандартной модели. Но, увы, даже на это открытие научное сообщество никак не отреагировало. Теория струн оставалась на грани выживания. Но Шварца это не остановило. Присоединиться к его поискам захотел только один ученый, готовый рискнуть своей карьерой ради таинственных струн — Майкл Грин. Субатомные матрешки Несмотря ни на что, в начале 1980? Шварц и Грин принялись за их устранение. И усилия их не прошли даром: ученые сумели устранить некоторые противоречия теории. Меньше чем за год число струнных теоретиков подпрыгнуло до сотен человек.
Именно тогда теорию струн наградили титулом Теории Всего. Новая теория, казалось, способна описать все составляющие мироздания. И вот эти составляющие. Каждый атом, как известно, состоит из еще меньших частиц — электронов, которые кружатся вокруг ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из еще меньших частиц — кварков. Но теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из таких струн невообразимо мала. Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево. Так же, как различные колебания струны виолончели создают то, что мы слышим, как разные музыкальные ноты, различные способы моды вибрации струны придают частицам их уникальные свойства — массу, заряд и прочее.
Знаете, чем, условно говоря, отличаются протоны в кончике вашего ногтя от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются. Конечно, все это более чем удивительно. Еще со времен Древней Греции физики привыкли к тому, что все в этом мире состоит из чего-то вроде шаров, крошечных частиц. И вот, не успев привыкнуть к алогичному поведению этих шаров, вытекающему из квантовой механики, им предлагается вовсе оставить парадигму и оперировать какими-то обрезками спагетти... Пятое измерение Хотя многие ученые называют теорию струн триумфом математики, некоторые проблемы у нее все же остаются — прежде всего, отсутствие какой-либо возможности в ближайшее время проверить ее экспериментально. Ни один инструмент в мире, ни существующий, ни способный появиться в перспективе, «увидеть» струны неспособен. Поэтому некоторые ученые, кстати, даже задаются вопросом: теория струн — это теория физики или философии?.. Правда, видеть струны «воочию» вовсе не обязательно. Для доказательства теории струн требуется, скорее, другое — то, что звучит как научная фантастика — подтверждение существования дополнительных измерений пространства.
О чем идет речь? Все мы привыкли к трем измерениям пространства и одному — времени. Но теория струн предсказывает наличие и других — дополнительных — измерений. Но начнем по порядку. На самом деле, идея о существовании других измерений возникла почти сто лет назад. Пришла она в голову никому не известному тогда немецкому математику Теодору Калуца в 1919 году. Он предположил возможность наличия в нашей Вселенной еще одного измерения, которое мы не видим. Об этой идее узнал Альберт Эйнштейн, и сначала она ему очень понравилась. Позже, однако, он засомневался в ее правильности, и задержал публикацию Калуцы на целых два года. В конечном счете, правда, статья все-таки была опубликована, а дополнительное измерение стало своеобразным увлечением гения физики.
Как известно, Эйнштейн показал, что гравитация есть не что иное, как деформация измерений пространства-времени. Калуца предположил, что электромагнетизм тоже может быть рябью. Почему же мы ее не наблюдаем? Калуца нашел ответ на этот вопрос — рябь электромагнетизма может существовать в дополнительном, скрытом измерении. Но где оно? Ответ на этот вопрос дал шведский физик Оскар Клейн, который предположил, что пятое измерение Калуцы свернуто в миллиарды раз сильнее, чем размеры одного атома, поэтому мы и не можем его видеть. Идея о существовании этого крошечного измерения, которое находится повсюду вокруг нас, и лежит в основе теории струн. Одна из предполагаемых форм дополнительных закрученных измерений. Внутри каждой из таких форм вибрирует и движется струна — основной компонент Вселенной. Все они имеют очень закрученную и искривленную сложную форму.
И все — невообразимо малы. Каким же образом эти крошечные измерения могут оказывать влияние на наш большой мир? Согласно теории струн, решающее: для нее все определяет форма. Когда на саксофоне вы нажимаете разные клавиши, вы получаете и разные звуки. Это происходит потому, что при нажатии той или иной клавиши или их комбинации, вы меняете форму пространства в музыкальном инструменте, где циркулирует воздух. Благодаря этому и рождаются разные звуки. Теория струн полагает, что дополнительные искривленные и закрученные измерения пространства проявляются похожим образом. Формы этих дополнительных измерений сложны и разнообразны, и каждое заставляет вибрировать струну, находящуюся внутри таких измерений, по-разному именно благодаря своим формам. Ведь если предположить, например, что одна струна вибрирует внутри кувшина, а другая — внутри изогнутого почтового рожка, это будут совершенно разные вибрации. Впрочем, если верить теории струн, на деле формы дополнительных измерений выглядят куда сложнее кувшина.
Как устроен мир Науке сегодня известен набор чисел, которые являются фундаментальными постоянными Вселенной. Именно они определяют свойства и характеристики всего вокруг нас. Среди таких констант, например, заряд электрона, гравитационная постоянная, скорость света в вакууме... И если мы изменим эти числа даже в незначительное число раз — последствия будут катастрофическими. Предположим, мы увеличили силу электромагнитного взаимодействия. Что же произошло? Мы можем вдруг обнаружить, что ионы стали сильнее отталкиваться друг от друга, и термоядерный синтез, который заставляет звезды светить и излучать тепло, вдруг дал сбой. Все звезды погаснут. Но причем здесь теория струн с ее дополнительными измерениями? Дело в том, что, согласно ей, именно дополнительные измерения определяют точное значение фундаментальных констант.
Одни формы измерений заставляют одну струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют по-другому, и порождают электрон.
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. Существует ли предел энтропии во Вселенной?
Как бы мы ни говорили о тенденции к увеличению энтропии, законы термодинамики также подразумевают состояние максимальной энтропии. В повседневной жизни мы можем наблюдать это, когда наш кофе остывает в чашке. Когда кофе достигает комнатной температуры, это означает, что он находится в тепловом равновесии с окружающей средой. В кипящей воде, используемой для приготовления кофе, было много возбужденных атомов, но они замедлились и в конце концов достигли максимальной энтропии для данной системы. Термодинамическое равновесие - это стабильное состояние, которое не обратимо без "помощи" - поступления энергии. Кофе нужно было бы подогреть, добавив энергию, например, поставив его на плиту или в микроволновую печь.
Однако у нас нет никакого способа подать энергию во Вселенную после того, как она достигнет теплового равновесия. В конце концов, повсюду будут достигнуты одни и те же значения. При постоянной, стабильной температуре во всем космосе больше не останется энергии для совершения работы, так как энтропия достигнет максимального уровня. Все эти предположения составляют теорию тепловой смерти Вселенной. Эта теория также известна под названием "Большой заморозки", поскольку в этом сценарии энтропия Вселенной будет постоянно возрастать, пока не достигнет максимального значения. В этот роковой момент все тепло в нашей Вселенной будет распределено абсолютно равномерно, не оставляя места для полезной энергии.
Однако это лишь одна из теорий о конце света. Согласно другим теориям, энергия, содержащаяся в темной материи, заставит Вселенную сжаться и снова нагреться, что приведет к чему-то похожему на новый большой взрыв. Может ли энтропия Вселенной уменьшиться?
Мир – это энергия
- «Белые дыры»
- Законы Вселенной
- История вопроса
- Строение вселенной
- Теория Большого Взрыва
- Новая теория Вселенной и психики
Стивен Хокинг надеялся, что M-теория объяснит Вселенную. Что это за теория?
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. Оказывается, того, что состоит не из атомов, в 10 раз больше видимой материи нашей Вселенной. Хотя точные значения, естественно, колеблются. Особенно если добавить к числу звезд планеты, кометы и все, что «плавает» в космическом пространстве.
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. В настоящее время не ясно, сможет ли теория струн объяснить фундаментальную природу пространства и времени больше, чем это сделал Эйнштейн. В ней измерения являются фоном для взаимодействия струн и самостоятельного реального смысла не имеют.
Предлагались объяснения, до конца не доработанные, касавшиеся представления пространства-времени как производного общей суммы всех струнных взаимодействий. Такой подход не отвечает представлениям некоторых физиков, что привело к критике гипотезы. Конкурентная теория петлевой квантовой гравитации в качестве отправной точки использует квантование пространства и времени. Некоторые считают, что в конечном итоге она окажется лишь другим подходом ко все той же базовой гипотезе.
Если Вселенная закрыта, но темная энергия есть, сферическая Вселенная будет расширяться вечно. В таком случае ее окончательная судьба — это Большое замораживание, за которым следует Большой разрыв: сначала внешнее ускорение Вселенной разорвет галактики и звезды на части, оставив всю материю холодной и одинокой. Затем ускорение станет настолько сильным, что пересилит действие сил, удерживающих атомы вместе, и все разорвется на части. Если темная энергия существует, плоская Вселенная в конечном счете подвергнется безудержному расширению, ведущему к Большому разрыву. Независимо от того, как это происходит, Вселенная умирает, и этот факт подробно обсуждался астрофизиком Полом Саттером. Что находится внутри черной дыры? Согласно современным теориям, если вы бросите что-то в черную дыру, мы никогда не узнаем, что с ним случится. Это потому, что гравитация черной дыры настолько сильна, что ее скорость удаления выше скорости света, а свет — самое быстрое в мире явление. Однако раздел науки под названием квантовая механика утверждает, что квантовая информация уничтожена быть не может. Квантовая информация немного отличается от информации, которую мы храним в виде единиц и нулей на компьютере, или информации в нашем мозге. Это связано с тем, что квантовые теории не дают точной информации, например, о том, где будет находиться объект, подобно расчету траектории бейсбольного мяча в механике. Вместо этого такие теории раскрывают наиболее вероятное местонахождение или наиболее вероятный результат какого-либо действия.
Эти «струны» вибрируют во многих измерениях, и, в зависимости от того, как они вибрируют, их можно рассматривать в трехмерном пространстве как материю, свет или гравитацию. Именно вибрация струны определяет, является ли она материей или энергией, и каждая форма материи или энергии является результатом вибрации струн. Теория струн, описанная выше, столкнулась с проблемой: была обнаружена другая версия уравнений, затем другая, а затем еще одна. В итоге было разработано пять основных теорий струн. Основные различия между теориями заключались в основном в количестве измерений, в которых развивались струны, и их характеристиках некоторые были открытыми петлями, некоторые были закрытыми петлями и т. Более того, все эти теории оказались работоспособными. Ученым не нравились пять, казалось бы, противоречащих друг другу систем уравнений, описывающих одно и то же. 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».
Курсы валюты:
- Создание М-теории
- Удивительные теории о Вселенной, которые рассматривает наука 💥
- Почему М-теория — главный кандидат на Теорию всего / Хабр
- Теория струн для чайников
- Аномалии в космическом микроволновом фоне