и новая теория квантовой гравитации показывает, как это может работать. Теория суперструн, популярным языком, представляет вселенную как совокупность вибрирующих нитей энергии – струн. "Формулой Вселенной" утверждение Пуанкаре называют из-за его важности в изучении сложных физических процессов в теории мироздания и из-за того, что оно дает ответ на вопрос о форме Вселенной. В теории, предложенной профессором Влатко Ведрал (Vlatko Vedral)из Оксфорда, основным компонентом Вселенной является не материя и не энергия, а "бит" – самая крошечная единица информации, который используется в компьютере.
Как наш разум связан со Вселенной и какие возможности открывает квантовая психология?
Теория одноэлектронной Вселенной — это гипотеза Ричарда Фейнмана, известного физика-теоретика, который посвятил свою жизнь исследованию и созданию квантовой электродинамики. В теории, предложенной профессором Влатко Ведрал (Vlatko Vedral)из Оксфорда, основным компонентом Вселенной является не материя и не энергия, а "бит" – самая крошечная единица информации, который используется в компьютере. Вселенная, новости космоса, НЛО, а также непознанное на самом популярном сайте Наша Вселенная. Физик Макс Тегмарк о методах объяснения Вселенной, открытиях звезд и математических свойствах электронов.
Теории происхождения Вселенной и ее модели
В этой статье я максимально простым языком изложу 8 самых фундаментальных законов Вселенной. М-теория является единственным кандидатом на законченную теорию Вселенной. это увлекательная концепция, объединяющая различные теории, такие как струнная теория и супергравитация, чтобы понять природу Вселенной на самом глубоком уровне.
Какой формы Вселенная?
- Комментарии:
- Загадочные «нечастицы» способны расколоть Вселенную
- Вселенная: что это такое, описание, строение, происхождение, фото и видео
- Вселенная не должна существовать никогда
Строение и развитие Вселенной для «чайника»
Скорее всего, законы физики там меняются до неузнаваемости. Как точно это происходит, пока неизвестно, но то, что там творится что-то странное, — безусловно. Если будет создана внятная теория квантовой гравитации, человечество поймет, как функционируют черные дыры и что можно с ними делать. Есть и другой «небольшой бонус» — это будет «теория всего»: элегантное универсальное уравнение, объясняющее устройство мира, ключ к пониманию Вселенной, о котором так мечтают ученые. Кроме того, будет понятно, как образовалась Вселенная и что точно происходило в самом начале времен. Сейчас есть две самые популярные теории, объединяющие ОТО и квантовую физику: теория струн и теория квантовой петлевой гравитации.
Недавно исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Массачусетского технологического института в США предложили еще одну. Математическое открытие описывает появление гравитации в так называемой голографической модели Вселенной. Научная статья вышла в Nature Communications , кратко о ней рассказывает Science Alert.
Однако недавние исследования показывают, что теперь расширение снова ускоряется из-за таинственной тёмной энергии, которая составляет большую часть энергетического содержания Вселенной, но о её природе сейчас мало что известно.
Итак, у нас есть: сингулярность — Большой взрыв — расширение Вселенной. Существует также гипотеза космической инфляции: она говорит, что никакой сингулярности не было, а Большому взрыву предшествовало другое, особое состояние Вселенной — инфляционное. Но об этом как-нибудь в другой раз. Границы Вселенной Сегодня мы видим Вселенную в том виде, в котором она существует спустя 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва.
И вот теперь как раз стоит поговорить о границах. Однако стоит отметить, что понятие «границ Вселенной» может быть не совсем корректным, поскольку само пространство и время на самом деле могут быть не такими, как мы привыкли их понимать. И размер вселенной из-за непостоянства её пространства-времени зависит от того, какое определение расстояния принять. 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.
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. Но физикам нравится добавлять измерения. Энштейн предложил добавить в качестве четвертого — время. Затем кто-то предложил — пятое, кто-то — шестое…их число продолжает расти. Это измерения, которые мы не можем ощутить. Теория суперструн утверждает, что существует 10 измерений — 9 пространственных и временное. А в теории супергравитации получается 11.
Приверженцов первой теории было намного больше, нежели второй, утверждающей, что всего во Вселенной 11 измерений. Многие не воспринимали всерьез вторую теорию. Но приверженцы этой теории не оставляли надежды. И вот, наконец, теоретики струн все таки добавили одиннадцатое измерение в свою теорию.
Не окажется ли тот фундамент, на котором построена вся современная физика, ложным?
И открытие каждой новой частицы выводит стандартную модель за прежние границы. Если мы сможем найти темную материю — да, многие наши идеи окажутся неверными, и нам придется продумать и разработать новые законы. Но ученые готовы ошибаться. Многие из нас ходят на работу для того, чтобы доказать, что другие ученые ошибаются, — именно так и приходит известность. Но мне не совсем понятно, какие границы у плоской Вселенной, в которой мы находимся.
Возьмите воздушный шарик, нарисуйте на нем несколько точек и надувайте. Вселенная похожа на поверхность этого шарика: она не имеет границ, при этом расширяется так, что расстояние между точками постепенно увеличивается. Наш мозг эволюционно запрограммирован не для того, чтобы понимать Вселенную, а для того, чтобы решать бытовые вопросы. Не боитесь ли вы того, что в какой-то момент наука столкнется с границами возможностей мозга? Но я не боюсь.
Так же, как я не боюсь жить в этой Вселенной, у которой нет никакого назначения. Да, могут быть какие-то ограничения у человеческого мозга, но мы не узнаем наверняка до тех пор, пока не попробуем. Именно поэтому нужно постоянно пытаться. И, как я понимаю, у нас пока не получилось уткнуться в какую-то стену. Может быть, у вас будут какие-то сложности, но ваши дети и внуки смогут преодолеть их.
Мы постоянно идем дальше, мы постоянно преодолеваем эти границы. Наука именно тем и занимается, что выходит за границы. Может быть, не очень по теме, но одна из причин, по которой я занимаюсь квантовыми компьютерами и искусственным интеллектом, в том, что, может быть, они смогут объяснить нам то, что сами мы понять не можем. Многих пугает искусственный интеллект, но я думаю, что он сможет стать лучшим физиком, чем мы. Я не прогнозирую ближе чем на 2 трлн лет.
Каким будет будущее с искусственным интеллектом, зависит от нас. Мы должны думать о возможностях и быть готовыми к ним. Один из вариантов — что мы останемся без работы. Но зато мы сможем бесконечно ходить на научные конференции и слушать музыку. Я в данном случае пессимистически настроен, поскольку, честно говоря, не очень верю в человечество.
Но посмотрим, что будет. Мы еще можем подготовиться. Ответ: скорее всего, нет. Во-первых, компьютерная симуляция никогда не является идеальной. Есть битые пиксели, в которых не работают законы природы.
Но мы такого не видим. Может быть, в голове у президента Трампа есть такие пиксели, но в большинстве остальных случаев таких пикселей не наблюдается. Все работает согласно законам природы. Во-вторых, говоря о том, что мы внутри симуляции, мы должны задать вопрос: что нас создало? А наших создателей?
Идея, что наше существование — это компьютерная симуляция, — просто еще одна версия вопроса о том, кто создал Вселенную. Но мне как физику вообще неважно, в симуляции я или нет, — мне интересно, по каким законам она создана. Если вы хотите доказать, что наш мир — симуляция, ищите баги в программе. Может быть, в будущем мы их найдем, пока — нет. Бесчисленное количество космических объектов отдаляются от нас все быстрее и быстрее.
Значит ли это, что наши шансы найти в этой Вселенной другие цивилизации все уменьшаются и уменьшаются? Во-вторых, даже через 2 трлн лет у нас будет наша Галактика — потому что сами галактики не расширяются. И почему Большой взрыв не происходит сейчас? Именно поэтому я занимаюсь наукой. Что касается второго вопроса.
Большие взрывы могут происходить прямо сейчас, в других пространствах. Прямо перед вами может появиться пространство, но оно очень быстро будет отделено от нашей Вселенной. В мультивселенной постоянно могут происходить большие взрывы, появляться и схлопываться вселенные. Если посмотреть на сотни миллионов звезд и галактик, то в них очень много энергии. Но нужно просто добавить в это уравнение гравитационное притяжение, и общая результирующая энергия всей нашей Вселенной, всего вещества, будет равна нулю.
Таким образом, энергия сохраняется. Поразительно, да? Я физик-теоретик , я постоянно создаю модели, которые описывают разные вселенные. Нужно понимать, что в большинстве случаев я ошибаюсь. У меня были потрясающе красивые, очень хорошие теории, которые оказались неверными.
Но, может быть, раз в жизни я случайно окажусь прав как это было с идеей, что Вселенная расширяется с ускорением. Поиск важнее, чем сама реальность.
Как наш разум связан со Вселенной и какие возможности открывает квантовая психология?
И хотя знание о разделимости атома истинно, однако атомная теория Томсона, созданная на основе этого знания, позже была опровергнута. Томсон предположил, что атом — положительно заряженная частица из набора электронов. На самом же деле, как нам сейчас известно, кроме электронов у атома есть ядро. Он сформулировал волновую функцию Шредингера, описывающую состояние частицы в квантовом мире.
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. Насущные проблемы теории струн При изучении теории струн ученые многих стран периодически сталкивались с целым рядом проблем и нерешаемых вопросов. Самым важным моментом можно считать недостаток математических формул, поэтому придать теории завершенный вид специалистам пока не удается. Второй существенной проблемой является подтверждение сутью теории наличия 10-ти измерений, когда на самом деле ощутить мы можем всего 4 из них. Предположительно остальные 6 из них существуют в скрученном состоянии, и в реальном времени ощутить их не представляется возможным.
Поэтому, хотя опровержение теории в корне невозможно, экспериментальное подтверждение пока тоже представляется довольно затруднительным. При этом исследование теории струн стало явным толчком для развития оригинальных математических конструкций, а также топологии. Физика с ее теоретическими направлениями довольно прочно укоренилась в математике также с помощью изучаемой теории. Более того, сущность современной квантовой гравитации и материи смогли досконально понять, начав изучать гораздо глубже, чем было возможно до этого. Поэтому исследования теории струн продолжаются непрерывно, а результатом многочисленных экспериментов, включая испытания на Большом адронном коллайдере, могут стать недостающие понятия и элементы. В этом случае физическая теория будет абсолютно доказанным и общепринятым явлением.
Они обнаружили, что эта теория лучше согласуется с наблюдениями, чем распространенная стандартная космологическая модель, которая предполагает космологическую постоянную. Такие величины, как постоянная Хаббла, определяющая скорость расширения, и S8, указывающая на образование крупномасштабных структур, не измеряются напрямую. Они рассчитываются на основе наблюдений космического микроволнового фона остаточного излучения от Большого взрыва и далеких звезд и галактик с использованием математических теорий. Разные теории на основе одних и тех же данных дают разные значения этих параметров. Это большая проблема для космологии. Вселенная расширяется, и ученые пытаются понять, почему. Источник: Unsplash Физик-теоретик Говард Джорджи предложил идею о нечастицах более десяти лет назад.
Или же нет. Для большинства людей это все равно остается довольно непонятно, так что попробуем описать это более простыми словами для наглядности. Для того, чтобы нам, людям, получать информацию, необходим сигнал, он может быть разной природы, но самым простым и понятным является световой сигнал. То есть, для того чтобы увидеть что-то нам необходимо, чтобы до наших глаз, или же до наших приборов дошел свет. Но почему же мы не можем увидеть другие вселенные? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, стоит вернуться в наши школьные годы, для кого-то это будет слегка трудно, но поверьте, это того стоит. Все мы помним, как на уроке физики познакомились со светом. И все мы помним о свете одну его уникальную особенность, скорость. Каждый из нас слышал, «Ничто не может передвигаться со скоростью свыше скорости света в вакууме», помните? Так вот, это неправда. Понимаю, звучит слегка шокирующе, но погодите, дайте мне это объяснить. Эта формулировка не совсем верна, ее стоит презентовать с большей аккуратностью, как юрист, звучать она должна следующим образом: «Ничто в космосе не может передвигаться со скоростью свыше скорости света в вакууме», так будет правильнее. Но если задуматься над этой фразой, станет понятно, что, действительно, в космосе ничто не может передвигаться свыше этой заветной скорости света, но сам космос может делать что ему вздумается.
Теория мультивселенной на доступном языке
| 60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать | Своё видение устройства мироздания и как выглядит модель Вселенной, рассказывает известный российский учёный Плыкин В.Д. |
| Просто невероятно: как устроена Вселенная, почему желания сбываются и зачем смотреть «Матрицу» | Об основных теориях смерти Вселенной рассказал главный научный сотрудник института ядерных исследований Дмитрий Горбунов. |
| Стивен Хокинг возлагал надежды на «М-Теорию», чтобы полностью объяснить Вселенную | Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае. |
Другая Вселенная: Астрофизики взбудоражены неожиданным открытием
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). Согласно теории, до этого Вселенная была очень крошечной, очень горячей, плотной точкой, похожей на сингулярность, из которой возникло все, что мы видим вокруг себя. Развивая эту теорию, Лоренц пришел к формулам похожим на уравнения специальной теории относительности, в частности Лоренц пришел к тем же выводам о замедлении времени и сокращении длины при движении на околосветовых скоростях. Скажем, для теории нейросети гипотеза о множественности вселенных не нужна. Виттен и стажёр Хофава обнаружили, что для теории E-гетеротической струны существует описание в терминах 11-мерной теории. Развивая эту теорию, Лоренц пришел к формулам похожим на уравнения специальной теории относительности, в частности Лоренц пришел к тем же выводам о замедлении времени и сокращении длины при движении на околосветовых скоростях.