Было ли начало у Вселенной

Что такое «ничего»? Рассказывает астрофизик Мартин Рис

Было ли начало у Вселенной
Было ли начало у Вселенной

Философы обсуждали природу «небытия», «ничего», «ничто», «пустоты» тысячи лет, но что может современная наука об этом рассказать? На этот вопрос ответит Мартин Рис, астроном Королевского общества и почетный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета.

Он объясняет, что когда физики обсуждают «ничто», они имеют в виду пустое пространство (вакуум).

Это может показаться вполне заурядным, но эксперименты показывают, что пустое пространство на самом деле не пустое — в нем скрывается загадочная энергия, которая может рассказать нам что-то о судьбе вселенной.

Интервью с Мартином Рисом представил журнал The Conversation.

Пустое пространство — то же самое, что ничего?

Пустое пространство кажется нам ничем. По аналогии, вода может казаться «ничем» для рыбы — именно она остается, когда вы убираете все остальное, что плавает в море. Точно так же и пустое пространство оказывается довольно сложным на поверку.

Мы знаем, что Вселенная очень пустая. Средняя плотность пространства составляет примерно один атом на каждые десять кубических метров — среда гораздо более разреженная, чем любой вакуум, который мы можем получить на Земле.

Но даже если убрать всю материю, пространство обладает своего рода эластичностью, которая (как было недавно подтверждено), позволяет гравитационным волнам — ряби самого пространства — распространятся по нему.

Более того, мы узнали, что в самом пустом пространстве есть экзотический вид энергии.

Впервые мы узнали об этой энергии вакуума в 20 веке с появлением квантовой механики, которая объясняет поведение атомов и частиц на мельчайших масштабах.

Из нее следует, что пустое пространство состоит из поля флуктуаций фоновой энергии — которая дает жизнь волнам и виртуальным частицам, то и дело появляющимся и исчезающим в никуда. Они даже могут создать крошечную силу.

Но как насчет пустого пространства на больших масштабах?

Тот факт, что пустое пространство создает крупномасштабную силу, был обнаружен 20 лет назад. Астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это был сюрприз.

О расширении было известно более 50 лет, но все думали, что расширение будет замедляться из-за гравитационного притяжения, которое галактики и другие структуры оказывают друг на друга.

[attention type=yellow]

Поэтому для всех стало большим сюрпризом то, что замедление вследствие гравитации было смещено чем-то, что «расталкивало» расширение.

[/attention]

Оказалось, что в самом пустом пространстве присутствует энергия, которая создает своего рода отталкивание, которое перевешивает притяжение гравитации на этих больших масштабах. Это явление — темная энергия — самое невероятное проявление того факта, что пустое пространство не лишено морщин и не является пустым. Более того, этот факт определяет дальнейшую судьбу нашей Вселенной.

Существует ли предел тому, что мы можем узнать? В масштабах, в триллион триллионов раз меньше атома, квантовые флуктуации пространства-времени могут родить не только виртуальные частицы, но и виртуальные черные дыры. Это в пределах, которые мы наблюдать не можем и для понимания которых хотя бы гипотетического нам нужно совместить теории гравитации с квантовой механикой — а это невероятно сложно.

Существует несколько теорий, направленных на то, чтобы понять это, среди которых самая известная — это теория струн.

Но ни одна из этих теорий пока не связана с реальным миром — поэтому они все еще являются беспочвенными.

Я думаю, что практически каждый признает, что пространство само по себе обладает сложной структурой на крошечных масштабах, где встречаются гравитационные и квантовые эффекты.

Мы знаем, что у нашей Вселенной есть три пространственных измерения: вы можете двигаться налево и направо, вперед и назад, вверх и вниз. Время — это как бы четвертое измерение.

Однако есть сильное подозрение, что если вы увеличите крошечную точку в пространстве до тех пор, пока не пощупаете этот крошечный масштаб, вы обнаружите, что она будет плотно сжатым оригами из пяти дополнительных измерений, которых мы не видим.

Как если бы вы смотрели на шланг издалека и думали, что это просто линия. Подходя ближе, вы бы увидели, что одно измерение является по сути тремя. Теория струн включает сложную математику — так же как и конкурирующие теории.

[attention type=red]

Но это именно та теория, которая нам понадобится, если мы захотим понять на самом глубоком уровне самое близкое к пустоте, что можно вообразить: пустое пространство, очевидно.

[/attention]

В рамках нашего нынешнего понимания, как мы можем объяснить, что вся наша вселенная расширяется из ничего? Неужели она могла начаться с небольшой флуктуации энергии вакуума?

Некоторые таинственные переходы или колебания могли внезапно привести к тому, что часть пространства начала расширяться — так полагают некоторые теоретики. Флуктуации, присущие квантовой теории, могли бы встряхнуть всю Вселенную, если бы она была сжата до достаточно малых масштабов. Это должно было произойти в течение примерно 10-44 секунд — это планковское время.

На этих масштабах время и пространство переплетены, поэтому идея тикающих часов не имеет смысла. Мы можем экстраполировать нашу вселенную с высокой степенью уверенности обратно до наносекунды и с высокой долей вероятности вернемся ближе к планковскому времени.

Но после этого наши догадки уже не имеют силы — физика на этом масштабе заменяется какой-то другой, более сложной теорией.

Если может ли быть так, что флуктуация в некой случайной части пустого пространства дала жизнь вселенной, почему то же самое не может произойти с другой частью пустого пространства — и дать жизнь параллельным вселенным в бесконечной мультивселенной?

Идея о том, что наш Большой Взрыв — не единственный, и что то, что мы видим в наши телескопы — это крошечная часть физической реальности, весьма популярна среди физиков. И существует много версий цикличной вселенной.

Всего 50 лет назад появились мощные доказательства того, что Большой Взрыв вообще произошел. Но с тех пор ходят предположения, что он мог быть лишь эпизодом в цикличной вселенной.

Также есть тенденция к пониманию того, что физическая реальность — это намного больше, чем объем пространства и времени, который мы можем пощупать, даже при помощи мощнейших телескопов.

Поэтому мы понятия не имеем, был Большой Взрыв один или их было много — существуют сценарии, предсказывающие множество Больших Взрывов, и сценарии, предсказывающие один. Думаю, мы должны изучить их все.

Какой конец ждет Вселенную?

Самый простой прогноз на далекое будущее — вселенная продолжит расширяться все быстрее и быстрее, становясь все более холодной и пустой. Частицы в ней могут распадаться, бесконечно растворяясь в пустоте.

Мы можем оказаться в огромном объеме пространства, но оно будет даже более пустым, чем космос сейчас. Это один из сценариев.

Есть и другие, которые прогнозируют «разворот» направления темной энергии, от отталкивания до притяжения, в результате которого нас ждет сжатие в плотную точку.

[attention type=green]

Есть еще идея Роджера Пенроуза о том, что вселенная продолжит расширяться, становясь все более разбавленной, но каким-то образом — когда в ней не будет ничего кроме фотонов, частиц света — объекты в ней перекалибруются и пространство станет в некотором роде генератором нового Большого Взрыва. Это будет весьма экзотическая версия старой цикличной вселенной — но, пожалуйста, не просите меня объяснять идеи Пенроуза.

[/attention]

Насколько вы уверены в том, что наука однажды раскроет тайну того, что такое это «ничто»? Даже если бы мы могли доказать, что Вселенная появилась из странной флуктуации в вакуумном поле, разве нам не стоило бы задать вопрос, откуда взялось это вакуумное поле?

Наука пытается дать ответы, но каждый раз, когда мы их находим, появляются новые вопросы — у нас никогда не будет полной картины. Когда я начал заниматься исследованиями в конце 1960-х, были сомнения в том, что Большой Взрыв вообще был.

Теперь сомнений уже нет и мы можем сказать с точностью примерно в 2%, что вселенная была такой же все 13,8 миллиардов лет, до самой первой наносекунды. Это большой прогресс.

Нелепо оптимистично полагать, что в следующие 50 лет мы разберемся в сложных вопросах о том, что происходит в квантовую или «инфляционную» эпоху.

Но, конечно, возникает другой вопрос: насколько наука будет постижима для человеческого мозга? Может оказаться так, что математика теории струн в некотором смысле является верным описанием реальности, но мы никогда не сможем понять ее достаточно хорошо, чтобы проверить на фоне любого подлинного наблюдения. Тогда нам, возможно, придется ждать появления каких-нибудь пост-людей, чтобы получить более полное понимание.

Источник: https://hi-news.ru/space/chto-takoe-nichego-rasskazyvaet-astrofizik-martin-ris.html

Что такое «ничего»? Рассказывает астрофизик Мартин Рис

Было ли начало у Вселенной
Было ли начало у Вселенной

Философы обсуждали природу «небытия», «ничего», «ничто», «пустоты» тысячи лет, но что может современная наука об этом рассказать? На этот вопрос ответит Мартин Рис, астроном Королевского общества и почетный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета.

Он объясняет, что когда физики обсуждают «ничто», они имеют в виду пустое пространство (вакуум).

Это может показаться вполне заурядным, но эксперименты показывают, что пустое пространство на самом деле не пустое — в нем скрывается загадочная энергия, которая может рассказать нам что-то о судьбе вселенной.

Интервью с Мартином Рисом представил журнал The Conversation.

Пустое пространство — то же самое, что ничего?

Пустое пространство кажется нам ничем. По аналогии, вода может казаться «ничем» для рыбы — именно она остается, когда вы убираете все остальное, что плавает в море. Точно так же и пустое пространство оказывается довольно сложным на поверку.

Мы знаем, что Вселенная очень пустая. Средняя плотность пространства составляет примерно один атом на каждые десять кубических метров — среда гораздо более разреженная, чем любой вакуум, который мы можем получить на Земле.

Но даже если убрать всю материю, пространство обладает своего рода эластичностью, которая (как было недавно подтверждено), позволяет гравитационным волнам — ряби самого пространства — распространятся по нему.

Более того, мы узнали, что в самом пустом пространстве есть экзотический вид энергии.

Впервые мы узнали об этой энергии вакуума в 20 веке с появлением квантовой механики, которая объясняет поведение атомов и частиц на мельчайших масштабах.

Из нее следует, что пустое пространство состоит из поля флуктуаций фоновой энергии — которая дает жизнь волнам и виртуальным частицам, то и дело появляющимся и исчезающим в никуда. Они даже могут создать крошечную силу.

Но как насчет пустого пространства на больших масштабах?

Тот факт, что пустое пространство создает крупномасштабную силу, был обнаружен 20 лет назад. Астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это был сюрприз.

О расширении было известно более 50 лет, но все думали, что расширение будет замедляться из-за гравитационного притяжения, которое галактики и другие структуры оказывают друг на друга.

[attention type=yellow]

Поэтому для всех стало большим сюрпризом то, что замедление вследствие гравитации было смещено чем-то, что «расталкивало» расширение.

[/attention]

Оказалось, что в самом пустом пространстве присутствует энергия, которая создает своего рода отталкивание, которое перевешивает притяжение гравитации на этих больших масштабах. Это явление — темная энергия — самое невероятное проявление того факта, что пустое пространство не лишено морщин и не является пустым. Более того, этот факт определяет дальнейшую судьбу нашей Вселенной.

Существует ли предел тому, что мы можем узнать? В масштабах, в триллион триллионов раз меньше атома, квантовые флуктуации пространства-времени могут родить не только виртуальные частицы, но и виртуальные черные дыры. Это в пределах, которые мы наблюдать не можем и для понимания которых хотя бы гипотетического нам нужно совместить теории гравитации с квантовой механикой — а это невероятно сложно.

Существует несколько теорий, направленных на то, чтобы понять это, среди которых самая известная — это теория струн.

Но ни одна из этих теорий пока не связана с реальным миром — поэтому они все еще являются беспочвенными.

Я думаю, что практически каждый признает, что пространство само по себе обладает сложной структурой на крошечных масштабах, где встречаются гравитационные и квантовые эффекты.

Мы знаем, что у нашей Вселенной есть три пространственных измерения: вы можете двигаться налево и направо, вперед и назад, вверх и вниз. Время — это как бы четвертое измерение.

Однако есть сильное подозрение, что если вы увеличите крошечную точку в пространстве до тех пор, пока не пощупаете этот крошечный масштаб, вы обнаружите, что она будет плотно сжатым оригами из пяти дополнительных измерений, которых мы не видим.

Как если бы вы смотрели на шланг издалека и думали, что это просто линия. Подходя ближе, вы бы увидели, что одно измерение является по сути тремя. Теория струн включает сложную математику — так же как и конкурирующие теории.

[attention type=red]

Но это именно та теория, которая нам понадобится, если мы захотим понять на самом глубоком уровне самое близкое к пустоте, что можно вообразить: пустое пространство, очевидно.

[/attention]

В рамках нашего нынешнего понимания, как мы можем объяснить, что вся наша вселенная расширяется из ничего? Неужели она могла начаться с небольшой флуктуации энергии вакуума?

Некоторые таинственные переходы или колебания могли внезапно привести к тому, что часть пространства начала расширяться — так полагают некоторые теоретики. Флуктуации, присущие квантовой теории, могли бы встряхнуть всю Вселенную, если бы она была сжата до достаточно малых масштабов. Это должно было произойти в течение примерно 10-44 секунд — это планковское время.

На этих масштабах время и пространство переплетены, поэтому идея тикающих часов не имеет смысла. Мы можем экстраполировать нашу вселенную с высокой степенью уверенности обратно до наносекунды и с высокой долей вероятности вернемся ближе к планковскому времени.

Но после этого наши догадки уже не имеют силы — физика на этом масштабе заменяется какой-то другой, более сложной теорией.

Если может ли быть так, что флуктуация в некой случайной части пустого пространства дала жизнь вселенной, почему то же самое не может произойти с другой частью пустого пространства — и дать жизнь параллельным вселенным в бесконечной мультивселенной?

Идея о том, что наш Большой Взрыв — не единственный, и что то, что мы видим в наши телескопы — это крошечная часть физической реальности, весьма популярна среди физиков. И существует много версий цикличной вселенной.

Всего 50 лет назад появились мощные доказательства того, что Большой Взрыв вообще произошел. Но с тех пор ходят предположения, что он мог быть лишь эпизодом в цикличной вселенной.

Также есть тенденция к пониманию того, что физическая реальность — это намного больше, чем объем пространства и времени, который мы можем пощупать, даже при помощи мощнейших телескопов.

Поэтому мы понятия не имеем, был Большой Взрыв один или их было много — существуют сценарии, предсказывающие множество Больших Взрывов, и сценарии, предсказывающие один. Думаю, мы должны изучить их все.

Какой конец ждет Вселенную?

Самый простой прогноз на далекое будущее — вселенная продолжит расширяться все быстрее и быстрее, становясь все более холодной и пустой. Частицы в ней могут распадаться, бесконечно растворяясь в пустоте.

Мы можем оказаться в огромном объеме пространства, но оно будет даже более пустым, чем космос сейчас. Это один из сценариев.

Есть и другие, которые прогнозируют «разворот» направления темной энергии, от отталкивания до притяжения, в результате которого нас ждет сжатие в плотную точку.

[attention type=green]

Есть еще идея Роджера Пенроуза о том, что вселенная продолжит расширяться, становясь все более разбавленной, но каким-то образом — когда в ней не будет ничего кроме фотонов, частиц света — объекты в ней перекалибруются и пространство станет в некотором роде генератором нового Большого Взрыва. Это будет весьма экзотическая версия старой цикличной вселенной — но, пожалуйста, не просите меня объяснять идеи Пенроуза.

[/attention]

Насколько вы уверены в том, что наука однажды раскроет тайну того, что такое это «ничто»? Даже если бы мы могли доказать, что Вселенная появилась из странной флуктуации в вакуумном поле, разве нам не стоило бы задать вопрос, откуда взялось это вакуумное поле?

Наука пытается дать ответы, но каждый раз, когда мы их находим, появляются новые вопросы — у нас никогда не будет полной картины. Когда я начал заниматься исследованиями в конце 1960-х, были сомнения в том, что Большой Взрыв вообще был.

Теперь сомнений уже нет и мы можем сказать с точностью примерно в 2%, что вселенная была такой же все 13,8 миллиардов лет, до самой первой наносекунды. Это большой прогресс.

Нелепо оптимистично полагать, что в следующие 50 лет мы разберемся в сложных вопросах о том, что происходит в квантовую или «инфляционную» эпоху.

Но, конечно, возникает другой вопрос: насколько наука будет постижима для человеческого мозга? Может оказаться так, что математика теории струн в некотором смысле является верным описанием реальности, но мы никогда не сможем понять ее достаточно хорошо, чтобы проверить на фоне любого подлинного наблюдения. Тогда нам, возможно, придется ждать появления каких-нибудь пост-людей, чтобы получить более полное понимание.

Источник: https://24hitech.ru/chto-takoe-nichego-rasskazyvaet-astrofizik-martin-ris.html

Бесконечный космос. Сколько вселенных существует? Существует ли граница у космоса

Было ли начало у Вселенной

Мы видим звездное небо постоянно. Космос кажется загадочным и необъятным, а мы являемся лишь крохотной частью этого огромного мира, загадочного и безмолвного.

Всю жизнь человечество задается разными вопросами. Что находится там, за пределами нашей галактики? Есть ли что-то за границей космоса? Да и существует ли у космоса граница? Даже ученые долгое время размышляют над этими вопросами. Бесконечен ли космос? В этой статье приведена информация, которой на сегодняшний день располагают ученые.

Границы бесконечного

Считается, что наша Солнечная система образовалась в результате Большого взрыва. Он произошел из-за сильного сжатия материи и разорвал ее, разбросав газы в разные стороны.

Этот взрыв дал жизнь галактикам и солнечным системам. Раннее считалось, что возраст Млечного Пути составляет 4,5 миллиардов лет. Однако в 2013 году телескоп «Планк» позволил ученым пересчитать возраст Солнечной системы.

Теперь он оценивается в 13,82 миллиардов лет.

Самая современная техника не может охватить весь космос. Хотя новейшие аппараты способны поймать свет звезд, удаленных от нашей планеты на 15 миллиардов световых лет! Это могут быть даже те звезды, которые уже умерли, но их свет все еще путешествует по космосу.

Наша Солнечная система — лишь маленькая часть огромной галактики, которая называется Млечный Путь. Сама же Вселенная вмещает тысячи подобных галактик. И бесконечен ли космос — неизвестно…

То, что Вселенная постоянно расширяется, образуя все новые и новые космические тела, является научным фактом. Вероятно, ее внешний вид постоянно меняется, поэтому миллионы лет назад, как уверены некоторые ученые, она выглядела совершенно иначе, чем сегодня. И если Вселенная растет, то она определенно имеет границы? Сколько Вселенных существует за нею? Увы, этого никто не знает.

Расширение космоса

Сегодня ученые утверждают, что космос расширяется очень быстро. Быстрее, чем они считали раннее. Из-за расширения Вселенной экзопланеты и галактики удаляются от нас с разной скоростью.

Но при этом скорость ее роста одинакова и равномерна. Просто эти тела находятся от нас на различном расстоянии.

Так, альфа Центавра, ближайшая к Солнцу звезда, «убегает» от нашей Земли со скоростью 9 см/с.

Теперь ученые ищут ответ еще на один вопрос. Что заставляет Вселенную расширяться?

Темная материя и темная энергия

Темная материя — это гипотетическое вещество. Она не производит энергию и свет, но занимает 80% пространства. О наличии этого неуловимого вещества в космосе ученые догадывались еще в 50 годах прошлого века. Хотя прямых доказательств ее существования не было, сторонников этой теории с каждым днем становилось все больше. Возможно, в ее составе присутствуют неизвестные нам вещества.

Как появилась теория о темной материи? Дело в том, что галактические скопления давно бы разрушились, если бы их массу составляли только видимые нам материалы. В итоге получается, что большая часть нашего мира представлена неуловимым, неизвестным пока нам веществом.

В 1990 году была обнаружена так называемая темная энергия. Ведь раньше физики думали, что сила притяжения работает на замедление, однажды расширение Вселенной прекратится.

Но обе команды, которые взялись за изучение этой теории, неожиданно выявили ускорение расширения. Представьте себе, что вы подбрасываете в воздух яблоко и ждете, когда она упадет, но вместо этого оно начинает удаляться от вас.

Это говорит о том, что на расширение влияет некая сила, которая была названа темной энергией.

Сегодня ученые устали спорить о том, бесконечен космос или нет. Они пытаются понять, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Однако этот вопрос не имеет смысла. Ведь время и пространство сами по себе так же бесконечны. Итак, рассмотрим несколько теорий ученых о космосе и его границах.

Бесконечность — это..

Такое понятие, как «бесконечность», является одним из наиболее удивительных и относительных понятий. Издавна оно интересует ученых. В реальном мире, в котором мы живем, все имеет конец, в том числе и жизнь.

Поэтому бесконечность манит своей таинственностью и даже некоей мистичностью. Бесконечность трудно представить. Но она существует. Ведь именно с ее помощью решается множество задач, и не только математических.

Бесконечность и ноль

Многие ученые уверены в теории бесконечности. Однако израильский математик Дорон Зельбергер не разделяет их мнение.

Он утверждает, что существует огромное число и, если прибавить к нему единицу, конечный результат окажется нулевым.

Однако данное число лежит так далеко за пределами человеческого понимания, что его наличие никогда не будет доказано. Именно на этом факте базируется математическая философия под названием «Ультрабесконечность».

Бесконечный космос

Есть ли вероятность того, что при сложении двух одинаковых чисел получится то же число? На первый взгляд это кажется абсолютно невозможным, но если речь идет о Вселенной…

Согласно расчетам ученых, при отнимании от бесконечности единицы получается бесконечность. При сложении двух бесконечностей вновь выходит бесконечность.

А вот если вычесть бесконечность из бесконечности, вероятнее всего, получится единица.

Древние ученые также задавались вопросом о том, существует ли граница у космоса. Их логика была простой и одновременно гениальной. Их теория выражается в следующем.

Представьте себе, что вы достигли края Вселенной. Протянули руку за ее границу. Однако рамки мира раздвинулись. И так бесконечно. Представить это очень трудно.

Но еще труднее представить, что же существует за ее границей, если она действительно есть.

Тысячи миров

Эта теория гласит, что космос бесконечен. Вероятно, в нем есть миллионы, миллиарды других галактик, которые вмещают в себя миллиарды других звезд. Ведь, если мыслить обширно, все в нашей жизни начинается снова и снова — фильмы следуют один за другим, жизнь, заканчиваясь в одном человеке, начинается в другом.

В мировой науке на сегодняшний день считается общепринятой концепция о многокомпонентной Вселенной. Но сколько Вселенных существует? Никто из нас этого не знает. В других галактиках могут находиться совсем иные небесные тела. В этих мирах господствуют совершенно другие законы физики. Но как доказать их наличие экспериментальным способом?

Сделать это можно лишь обнаружив взаимодействие между нашей Вселенной и другими. Это взаимодействие происходит через некие кротовые норы. Но как найти их? Одно из последних предположений ученых гласит, что такая нора есть прямо в центре нашей Солнечной системы.

Ученые предполагают, что в том случае, если космос бесконечен, где-то на его просторах находится двойник нашей планеты, а, возможно, и всей Солнечной системы.

Другое измерение

Еще одна теория гласит, что размеры космоса имеют пределы. Все дело в том, что ближайшую галактику (Андромеду) мы видим такой, какой она была миллион лет назад. Еще дальше — значит еще раньше. Расширяется не космос, расширяется пространство. Если мы сможем превысить скорость света, зайдем за границу космоса, то попадем в прошлое состояние Вселенной.

А что же находится за этой пресловутой границей? Возможно, другое измерение, без пространства и времени, которое только может представить наше сознание.

«Путешествие на край Вселенной»

Этот фильм был снят в 2008 году. Качественная графика покажет вам нашу Солнечную систему, а также всю галактику и даже пространство за ее пределами. Расстояние, на которое фильм переносит телезрителей, трудно вообразить. Вы увидите необычные и загадочные явления, которые происходят в космосе.

«Путешествие на край Вселенной» — один из лучших документальных фильмов о космосе.

Источник: http://fb.ru/article/360240/beskonechnyiy-kosmos-skolko-vselennyih-suschestvuet-suschestvuet-li-granitsa-u-kosmosa

Что такое «ничего»? Рассказывает астрофизик Мартин Рис

Было ли начало у Вселенной
Было ли начало у Вселенной

Философы обсуждали природу «небытия», «ничего», «ничто», «пустоты» тысячи лет, но что может современная наука об этом рассказать? На этот вопрос ответит Мартин Рис, астроном Королевского общества и почетный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета.

Он объясняет, что когда физики обсуждают «ничто», они имеют в виду пустое пространство (вакуум).

Это может показаться вполне заурядным, но эксперименты показывают, что пустое пространство на самом деле не пустое — в нем скрывается загадочная энергия, которая может рассказать нам что-то о судьбе вселенной.

Интервью с Мартином Рисом представил журнал The Conversation.

Пустое пространство — то же самое, что ничего?

Пустое пространство кажется нам ничем. По аналогии, вода может казаться «ничем» для рыбы — именно она остается, когда вы убираете все остальное, что плавает в море. Точно так же и пустое пространство оказывается довольно сложным на поверку.

Мы знаем, что Вселенная очень пустая. Средняя плотность пространства составляет примерно один атом на каждые десять кубических метров — среда гораздо более разреженная, чем любой вакуум, который мы можем получить на Земле.

Но даже если убрать всю материю, пространство обладает своего рода эластичностью, которая (как было недавно подтверждено), позволяет гравитационным волнам — ряби самого пространства — распространятся по нему.

Более того, мы узнали, что в самом пустом пространстве есть экзотический вид энергии.

Впервые мы узнали об этой энергии вакуума в 20 веке с появлением квантовой механики, которая объясняет поведение атомов и частиц на мельчайших масштабах.

Из нее следует, что пустое пространство состоит из поля флуктуаций фоновой энергии — которая дает жизнь волнам и виртуальным частицам, то и дело появляющимся и исчезающим в никуда. Они даже могут создать крошечную силу.

Но как насчет пустого пространства на больших масштабах?

Тот факт, что пустое пространство создает крупномасштабную силу, был обнаружен 20 лет назад. Астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это был сюрприз.

О расширении было известно более 50 лет, но все думали, что расширение будет замедляться из-за гравитационного притяжения, которое галактики и другие структуры оказывают друг на друга.

[attention type=yellow]

Поэтому для всех стало большим сюрпризом то, что замедление вследствие гравитации было смещено чем-то, что «расталкивало» расширение.

[/attention]

Оказалось, что в самом пустом пространстве присутствует энергия, которая создает своего рода отталкивание, которое перевешивает притяжение гравитации на этих больших масштабах. Это явление — темная энергия — самое невероятное проявление того факта, что пустое пространство не лишено морщин и не является пустым. Более того, этот факт определяет дальнейшую судьбу нашей Вселенной.

Существует ли предел тому, что мы можем узнать? В масштабах, в триллион триллионов раз меньше атома, квантовые флуктуации пространства-времени могут родить не только виртуальные частицы, но и виртуальные черные дыры. Это в пределах, которые мы наблюдать не можем и для понимания которых хотя бы гипотетического нам нужно совместить теории гравитации с квантовой механикой — а это невероятно сложно.

Существует несколько теорий, направленных на то, чтобы понять это, среди которых самая известная — это теория струн.

Но ни одна из этих теорий пока не связана с реальным миром — поэтому они все еще являются беспочвенными.

Я думаю, что практически каждый признает, что пространство само по себе обладает сложной структурой на крошечных масштабах, где встречаются гравитационные и квантовые эффекты.

Мы знаем, что у нашей Вселенной есть три пространственных измерения: вы можете двигаться налево и направо, вперед и назад, вверх и вниз. Время — это как бы четвертое измерение.

Однако есть сильное подозрение, что если вы увеличите крошечную точку в пространстве до тех пор, пока не пощупаете этот крошечный масштаб, вы обнаружите, что она будет плотно сжатым оригами из пяти дополнительных измерений, которых мы не видим.

Как если бы вы смотрели на шланг издалека и думали, что это просто линия. Подходя ближе, вы бы увидели, что одно измерение является по сути тремя. Теория струн включает сложную математику — так же как и конкурирующие теории.

[attention type=red]

Но это именно та теория, которая нам понадобится, если мы захотим понять на самом глубоком уровне самое близкое к пустоте, что можно вообразить: пустое пространство, очевидно.

[/attention]

В рамках нашего нынешнего понимания, как мы можем объяснить, что вся наша вселенная расширяется из ничего? Неужели она могла начаться с небольшой флуктуации энергии вакуума?

Некоторые таинственные переходы или колебания могли внезапно привести к тому, что часть пространства начала расширяться — так полагают некоторые теоретики. Флуктуации, присущие квантовой теории, могли бы встряхнуть всю Вселенную, если бы она была сжата до достаточно малых масштабов. Это должно было произойти в течение примерно 10-44 секунд — это планковское время.

На этих масштабах время и пространство переплетены, поэтому идея тикающих часов не имеет смысла. Мы можем экстраполировать нашу вселенную с высокой степенью уверенности обратно до наносекунды и с высокой долей вероятности вернемся ближе к планковскому времени.

Но после этого наши догадки уже не имеют силы — физика на этом масштабе заменяется какой-то другой, более сложной теорией.

Если может ли быть так, что флуктуация в некой случайной части пустого пространства дала жизнь вселенной, почему то же самое не может произойти с другой частью пустого пространства — и дать жизнь параллельным вселенным в бесконечной мультивселенной?

Идея о том, что наш Большой Взрыв — не единственный, и что то, что мы видим в наши телескопы — это крошечная часть физической реальности, весьма популярна среди физиков. И существует много версий цикличной вселенной.

Всего 50 лет назад появились мощные доказательства того, что Большой Взрыв вообще произошел. Но с тех пор ходят предположения, что он мог быть лишь эпизодом в цикличной вселенной.

Также есть тенденция к пониманию того, что физическая реальность — это намного больше, чем объем пространства и времени, который мы можем пощупать, даже при помощи мощнейших телескопов.

Поэтому мы понятия не имеем, был Большой Взрыв один или их было много — существуют сценарии, предсказывающие множество Больших Взрывов, и сценарии, предсказывающие один. Думаю, мы должны изучить их все.

Какой конец ждет Вселенную?

Самый простой прогноз на далекое будущее — вселенная продолжит расширяться все быстрее и быстрее, становясь все более холодной и пустой. Частицы в ней могут распадаться, бесконечно растворяясь в пустоте.

Мы можем оказаться в огромном объеме пространства, но оно будет даже более пустым, чем космос сейчас. Это один из сценариев.

Есть и другие, которые прогнозируют «разворот» направления темной энергии, от отталкивания до притяжения, в результате которого нас ждет сжатие в плотную точку.

[attention type=green]

Есть еще идея Роджера Пенроуза о том, что вселенная продолжит расширяться, становясь все более разбавленной, но каким-то образом — когда в ней не будет ничего кроме фотонов, частиц света — объекты в ней перекалибруются и пространство станет в некотором роде генератором нового Большого Взрыва. Это будет весьма экзотическая версия старой цикличной вселенной — но, пожалуйста, не просите меня объяснять идеи Пенроуза.

[/attention]

Насколько вы уверены в том, что наука однажды раскроет тайну того, что такое это «ничто»? Даже если бы мы могли доказать, что Вселенная появилась из странной флуктуации в вакуумном поле, разве нам не стоило бы задать вопрос, откуда взялось это вакуумное поле?

Наука пытается дать ответы, но каждый раз, когда мы их находим, появляются новые вопросы — у нас никогда не будет полной картины. Когда я начал заниматься исследованиями в конце 1960-х, были сомнения в том, что Большой Взрыв вообще был.

Теперь сомнений уже нет и мы можем сказать с точностью примерно в 2%, что вселенная была такой же все 13,8 миллиардов лет, до самой первой наносекунды. Это большой прогресс.

Нелепо оптимистично полагать, что в следующие 50 лет мы разберемся в сложных вопросах о том, что происходит в квантовую или «инфляционную» эпоху.

Но, конечно, возникает другой вопрос: насколько наука будет постижима для человеческого мозга? Может оказаться так, что математика теории струн в некотором смысле является верным описанием реальности, но мы никогда не сможем понять ее достаточно хорошо, чтобы проверить на фоне любого подлинного наблюдения. Тогда нам, возможно, придется ждать появления каких-нибудь пост-людей, чтобы получить более полное понимание.

Источник: http://rostov.icity.life/news/nauka/all/24958-chto-takoe-nichego-rasskazyvaet-astrofizik-martin-ris

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.