Vairāk melno caurumu, nekā es varu izskaidrot

80 procenti ir tas, cik daudz ultravioletās gaismas "trūkst" kosmosā. Par to nesen paziņoja zinātnieki, pamatojoties uz novērojumiem, kas veikti, izmantojot Habla kosmiskajā teleskopā uzstādīto spektrogrāfu Cosmic Origins. Tas nozīmē, ka tam jābūt piecas reizes lielākam par to, ko mēs pierakstām. Šis ir tikai viens no daudziem joprojām pastāvošo Visuma noslēpumu un noslēpumu piemēriem.

Kosmiskā jonizētā ūdeņraža daudzums norāda uz trūkstošo starojumu. Galu galā atomiem no kaut kurienes bija jāsaņem fotoni, kas "izsita elektronus" no viņu orbītām ap atomu kodoliem. Ar zināmiem gaismas avotiem – kvazāriem vai – nepietiek, lai izskaidrotu tik lielu jonizēto atomu skaitu.

Protams, tas var būt saistīts ar nepietiekamu salīdzināšanai aizņemtās vietas paraugu ņemšanu. Pētnieki norāda, ka plašākā mērogā jonu un starojuma līdzsvars var sakrist. Tomēr var jautāt, vai tas nenozīmē, ka kosmoss ir neviendabīgs un kaut kur ļoti atšķiras no tā, ko mēs redzam apkārtnē?

Atkārtota doma par hologrammu

Hologrāfiskais princips ir Žerarda Hūfa un Leonarda Saskinda izstrādāta teorija, kas savā "spēcīgajā versijā" apgalvo, ka katra trīsdimensiju ķermeņa vai telpas reģiona apraksts ir ietverts divdimensiju virsmā, kas ieskauj šo ķermeni.

1. Hologrāfiskā eksperimenta grafiskais attēlojums

Spekulatīvākā, “vājā” versijā tas sludina, ka visu Visumu var uzskatīt par divdimensiju informācijas struktūru, kas “uzzīmēta” uz kosmoloģiskā horizonta. Lai izskaidrotu informācijas paradoksu, var izmantot hologrāfisko principu melnie caurumi stīgu teorijas kontekstā.

Kosmosa hologrammas ideja pieder pašam Stīvenam Hokingam. 70. gadu vidū Hokings teorētiski paredzēja, ka melnie caurumi galu galā iztvaiko un izzudīs. Šo pāri sauc par Hokinga starojumu. Tas nesatur nekādu informāciju par melno caurumu, tāpēc, kad tas iztvaiko, visi dati par zvaigzni, no kuras izveidojies melnais caurums, tiek zaudēti uz visiem laikiem.

Tomēr tas ir pretrunā ar plaši izplatīto uzskatu, ka informāciju nevar iznīcināt. Tādējādi tika izveidots informācijas paradokss. melnais caurums. Džeikobs Bekenšteins, Jeruzalemes Ebreju universitātes zinātnieks, nolēma atrisināt šo paradoksu. Pēc viņa domām, melnā cauruma entropija, kas ir tajā esošās informācijas sinonīms, ir proporcionāla tā notikumu horizonta laukumam.

Notikumu horizonts ir teorētisks punkts, aiz kura vairs nav atgriešanās, t.i. visu, kas šķērso to, absorbē melnais caurums. Balstoties uz Hokinga un Bekenšteina teorijām, teorētiķi ir secinājuši, ka mikroskopiskie kvantu viļņi notikumu horizontā var iekodēt informāciju par melnajiem caurumiem. Tas nozīmē, ka XNUMXD informāciju par zvaigzni, kas veidoja melno caurumu, var iekodēt melnā cauruma XNUMXD notikumu horizontā.

Saskinds un Hūfs to attiecināja uz visu Visumu, liekot domāt, ka tam ir arī notikumu horizonts. Šī ir vieta, uz kuru tas savas pastāvēšanas laikā ir paplašinājies. Stīgu teorētiķi piekrīt šim viedoklim.

Eksperimentā, kas sākās 2014. gada vasarā ar koda nosaukumu Fermilab E-990, tiek teikts, ka "pārbauda, ​​vai Visums ir hologramma". Tās mērķis ir demonstrēt pašas telpas kvantu raksturu un tā klātbūtni, ko zinātnieki sauc par “hologrāfisko troksni”.

Kā zināms, Heizenberga kvantu nenoteiktības princips parāda, ka nav iespējams vienlaicīgi noteikt precīzu elementārdaļiņu atrašanās vietu un ātrumu. Tagad zinātnieki vēlas noskaidrot, vai telpai, kurā matērija mājo, vibrē un kustas, ir tāda pati nenoteiktība, t.i. ir arī kvantu raksturs.

Ja tas būtu nemainīgs un nebūtu pakļauts kvantu svārstībām, tad tas būtu teorētisks atskaites punkts, kas ļauj precīzi aprakstīt daļiņas. Taču zinātniekiem ir aizdomas, ka tas tā nav, un arī telpas ģeometrija ir pakļauta šādām kvantu svārstībām, ko viņi sauc par "hologrāfisko troksni".

Fermilab plānotais eksperiments ir pārbaudīt ierīci, ko sauc par holometru. Tas sastāv no diviem blakus esošiem interferometriem, kas sūta vienu kilovatu lāzera staru uz ierīci, kas tos sadala divos perpendikulāros 40 metru staros.

Tad tie atgriežas sadalīšanas punktā, radot gaismas staru spilgtuma svārstības. Ja tie rada noteiktu kustību dalīšanas ierīcē, tad tas pierādīs pašas telpas vibrāciju (1). 2009. gadā Kreigs Hogans, fiziķis no tās pašas Fermilabas, ierosināja hologrāfisku teoriju, pamatojoties uz viņa eksperimentiem.

Viņš atklāja, ka troksnis nāk no telpas laika robežas, kur laiks un telpa apstājas, veidojot kontinuumu. Hologrammu teorija labi izskaidro dažus paradoksus, kas saistīti ar melnie caurumi jeb Visuma uzbūves pamatjēdzieni.

Daži zinātnieki ierosina to attiecināt uz visu realitāti. Tomēr tā pieņemšana nozīmētu, ka mēs piekrītam jēdzienam, ka visa mūsu ikdienas pieredze ir nekas cits kā hologrāfisks atspulgs fiziskajam procesam, kas notiek tālā divdimensiju telpā.

2. Uzlabota kosmosa lāzera interferometra antena - eLISA

Apskatiet kosmosu tuvāk

Primāro gravitācijas viļņu esamība ir saistīta arī ar telpas-laika "troksni". Daži uzskata, ka astronomu un BICEP2 observatorijas augsta līmeņa atklājums, ko daži uzskata par gadsimta svarīgāko zinātnisko notikumu, jau ir apšaubīts, jo skeptiķi uzskata, ka novērojumos nav ņemti vērā kosmiskie putekļi un tāpēc tie var būt nepareizi. .

Tomēr praksē tas nepadara atklājumu par nederīgu, bet tikai nozīmē, ka tā rezultātiem var būt nepieciešama papildu pārbaude. Mēdz teikt, ka tas ir labākais vispārējās relativitātes teorijas apstiprinājums, un, lai gan tas nav ne vienīgais Alberta Einšteina apgalvojumu patiesuma pierādījums, ne arī šķietami pārliecinošākais, izcilā fiziķa redzējums ir jāpārliecinās daudzkārt. lai nebūtu šaubu, ka tas ir labākais Visuma apraksts.

Zinātniekiem turpmākajos gados būs un būs arvien vairāk instrumentu, lai pētītu līdz šim zināmās parādības galvenokārt no teorētiskās spriešanas. Viens no tiem, ko sauc par Advanced Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), ir paredzēts, lai noteiktu gravitācijas viļņus, kas rodas milzīgu sadursmes rezultātā. melnie caurumi (2).

Vēl viena kosmosa observatorija, Eiklīds, ir izpētīt, kā Visums paplašinājās un kā tas ir saistīts ar tumšo vielu un enerģiju. Savukārt kosmiskais teleskops Athena reģistrēs jaudīgus rentgenstaru avotus melno caurumu nomalē. Uz zemes izvietotā lāzera interferometriskā gravitācijas observatorija (LIGO) arī pētīs melnos caurumus.

Un teleskopu tīkls, kas atrodas visā pasaulē, kopā pazīstams kā Event Horizon Telescope, var aplūkot melnais caurums mūsu Piena ceļa centrā. Lielākās cerības pārbaudīt Einšteina vispārējo relativitātes teoriju ir saistītas ar vēl vienu observatoriju, Square Kilometer Array (SKA).

Kā norāda nosaukums, šī kompleksa antenu kopējam laukumam jābūt kvadrātkilometram (3), un tā jutībai jābūt 50 reizes lielākai par mums līdz šim zināmo ierīču iespējām. Tas sastāvēs no 4 atsevišķām antenām Rietumaustrālijā un Dienvidāfrikā.

Visi šīs sistēmas elementi ar optiskām šķiedrām tiks savienoti ar lielu superdatoru, kura uzdevums būs izveidot sarežģītu attēlu. SKA darbu sāks ne agrāk kā 2022. gadā.

3. Kvadrātkilometru masīvs

Lielais sprādziens - NĒ!

Tomēr, pirms adekvāti precīzi zinātniskie instrumenti mums sniedz neapšaubāmus datus, teorētiskās astrofizikas cīnītājiem ir ar ko parādīties. Un viņi var jūs šokēt. Var teikt, ka Taivānas fiziķu jaunā kosmoloģiskā teorija kaut ko par kaut ko dod.

Viņu modelī pazūd tumšā enerģija, kas no daudzu pētnieku viedokļa ir ļoti problemātiski. Diemžēl mums ir jāvadās no tā, ka Visumam nav ne sākuma, ne beigu. Tātad nebija Lielā sprādziena, pie kā lielākā daļa zinātnieku un parasto cilvēku jau ir pieraduši!

Jaunā visa modeļa autors Wung-Yi Shu no Taivānas Nacionālās Tsinghua universitātes laiku un telpu apraksta nevis kā atsevišķus elementus, bet gan kā cieši saistītus elementus, kurus var savstarpēji apmainīt.

Ne gaismas ātrums, ne gravitācijas konstante šajā modelī nav nemainīgas, bet ir faktori laika un masas pārvēršanai izmērā un telpā, Visumam izplešoties. Šu teoriju var uzskatīt par fantāziju, taču problēmas rada arī "tradicionālais" izplešanās Visuma modelis ar 75 procentu tumšās enerģijas izplešanos.

Daži atzīmē, ka ar šīs teorijas palīdzību zinātnieki "zem paklāja nomainīja" fizisko enerģijas nezūdamības likumu. Taivānas teorija nepārkāpj enerģijas saglabāšanas principus, bet, savukārt, tai ir problēma ar mikroviļņu fona starojumu, kas tiek uzskatīts par Lielā sprādziena reliktu. Turpinās darbs pie viņa teorijas uzlabošanas.

4. Multiversums ir viena no mākslinieciskajām vīzijām

Arī Indijas zinātnieks Abhas Mitra daudzus gadus ir konsekvents Lielā sprādziena teorijas kritiķis. Viņš publicē savus darbus lielākajos zinātniskajos žurnālos, taču lielākā daļa zinātnieku viņu ignorē. Tas arī liek šaubīties par eksistenci melnie caurumi kā to saprot mūsdienu zinātne.

Kad iepriekš minētais Stīvens Hokings 2014. gada sākumā modificēja savu melno caurumu teoriju, Mitra apgalvoja, ka slavenais fiziķis tagad par šiem objektiem saka to pašu, ko viņš pats ir teicis daudzus gadus, pārsteigts, ka tad, kad viņu ignorē, Hokinga runa ir tik plaši izplatīta. komentēja.

Kā zināms, Hokings nesen apgalvoja, ka viena no visbiežāk atkārtotajām "uzticībām". melnie caurumi - koncepcija par notikumu horizontu, aiz kura nekas nevar tikt, nav savienojams ar kvantu fiziku.

Piemēram, Kalifornijas Kavli institūta fiziķa Džo Polčinska teorētiskie eksperimenti parāda, ka, ja šis necaurredzamais notikumu horizonts atbilstu kvantu fizikai, tam vajadzētu būt kaut kam līdzīgam uguns sienai, brūkošai daļiņai.

Hokings savus jaunos ieskatus publicēja tiešsaistē kā Informācijas saglabāšana un laikapstākļu prognozēšana melnajiem caurumiem. Viņš skaidroja uzskatu attīstību intervijā Nature. Hokinga jaunais priekšlikums ir "redzams horizonts", kurā matērija un enerģija tiek īslaicīgi glabāta un pēc tam atbrīvota izkropļotā veidā.

Precīzāk, tā ir atkāpe no idejas par skaidru melnā cauruma robežu. Fiziķis savā jaunākajā darbā apgalvo, ka runa ir par melnais caurums neveidojas absolūts horizonts, tāpēc nekad nav slēgtas telpas, aiz kuras nekas nevar tikt tālāk.

Tā vietā ap to notiek milzīgas telpas-laika svārstības, kurās ir grūti runāt par krasu melnā cauruma atdalīšanu no apkārtējās telpas. Vēl viena Hokinga jauno ideju sekas ir tādas, ka matērija uz laiku ir iesprostoti melnajā caurumā, kas var “izšķīst” un atbrīvot visu no iekšpuses. Lai informācija nepazustu, tā iznāca agrāk melnais caurums tas pilnībā iztvaikos.

Multiversums un vīzijas

Ja apvienojam divus lielus atklājumus zinātniskajā spriešanā - 2012. gada un šī gada Higsa bozonu, ko veica BICEP2 teleskops, un attiecībā uz gravitācijas viļņiem, kas apstiprina Visuma izplešanās inflācijas fāzi, tad ... rezultāti var būt negaidīti. .

5. Visuma vizualizācija

Piemēram, tādu, ka bez "kaut kā cita" Visums nepastāvētu ļoti ilgu laiku. Britu zinātnieki no Londonas King's College ir publicējuši darbu, kurā parādīts, ka, ja viss, ko mēs zinām, eksistē "Higsa laukā", kas dod daļiņu masu, un BICEP2 novērojumi ir pareizi, tad tiek apstiprināts, ka ir bijusi inflācijas "spiediena" fāze. daļiņas Higsa laukā, bet Visums tad tas neaizņems vairāk par sekundi!

Tā kā tas nenotika, jāpieņem, ka pastāv papildu "kaut kas", kāds elements, kura dēļ radošais Visums uzreiz nesabrūk atpakaļ sevī. Tikmēr Visums pastāv jau 13,8 miljardus gadu.

"Ja tas, ko rādīja BICEP2, ir patiesība, tad ārpus standarta modeļa ir jābūt kādai interesantai daļiņu fizikai," komentē viens no pētījuma autoriem Londonas Universitātē Roberts Hogans. Vīzija par multiversu (4), kurā mūsu Visums ir tikai viens no bezgalības citiem, kas parādās kā burbuļi ziepju putās, kļūst arvien populārāka..

Tad telpa-laiks būtu daudz plašāks jēdziens nekā tas, ko mēs novērojam savā burbulī. Interesanti, ka šī ļoti spekulatīvā koncepcija negrauj Einšteina teoriju, bet novieto to pilnīgi jaunā perspektīvā. Šis uzskats ir relativitātes teorijas un kvantu mehānikas savienība.

Tas nozīmētu atteikšanos no idejas par nepārtrauktu un paplašināmu telpu, kas attīstās, griežas un izliekas par labu kaut kam sadrumstalotam un atomizētam. Jaunā fizika, kas radīsies no tā, var būt daudz vienkāršāka nekā šodien dominējošās teorijas!

Mīklas un paradoksi, kas moka zinātni, pazudīs. Tomēr grūti pateikt, vai to vietu ieņems citi, nākamie. jauns stāvoklis Visums jo mums to būtu grūti saprast, kā arī situāciju pirms Lielā sprādziena, kad nebija laika, vismaz tādā nozīmē, kādā mēs to varam uztvert.

Kamēr mums nav atbildes un vismaz viena konkrēta priekšstata par Visuma izcelsmi, dabu un likteni, vajadzētu vismaz sevi mierināt ar skaistām vizualizācijām... Piemēram, piemēram, astronomu radītā Illustris datorsimulācija.

Pirmo reizi bija iespējams tik detalizēti atjaunot Kosmosa evolūciju no laika posma tūlīt pēc Lielā sprādziena līdz mūsdienām. Modeļa izveidošanai izmantotie superdatori pie tā strādāja sešus mēnešus. Modelēšana neaptver visu Visumsjo mūsu mašīnas vēl netiek ar to galā.

Tātad, mēs redzam kosmiskās vielas evolūciju, kas aizpilda kubu ar 350 miljonu gaismas gadu malu - tas ir diezgan liels laukums, kas attēlo visu kosmosu. Darbība sākas 12 gadus pēc Lielā sprādziena. Tas parāda izmaiņas miljardu gadu laikā, galaktiku un lielāku struktūru veidošanos.

Lai izveidotu šo simulāciju, tika izmantotas visas līdz šim iegūtās zināšanas par likumiem, kas regulē kosmosu, un teleskopisko novērojumu rezultāti, galvenokārt Habla teleskops. Pētnieki ņēma vērā noslēpumaino tumšo vielu un tumšo enerģiju.

Laika gaitā tumšā viela kondensējās kopās un garos pavedienos (5), veidojot sava veida kosmisko tīklu. Laika gaitā šie blīvumi tika piesaistīti normālai vielai, kas sākotnēji sastāvēja no ūdeņraža un hēlija maisījuma.

No tā radās starpzvaigžņu gāzes mākoņi, zvaigznes, galaktikas un galaktiku kopas. Vizualizācijā to krāsa atšķiras no zaļas un sarkanas līdz baltai atkarībā no temperatūras. Pat ja tas nebija gluži tā, piedāvātā vīzija nav slikta...