Kamēr ir cilvēce, tik daudz un tā mēģina izprast Visuma struktūru. Jā, daudzi saka, ka tā ir "bezjēdzīga kņada", mēs neko īsti nezinām, un nākamajās paaudzēs un varbūt pat pirms cilvēku civilizācijas beigām mēs neko nemācīsimies. Nu, varbūt viņiem ir taisnība, bet spekulēsim …
Lielā sprādziena teorija ir kļuvusi gandrīz tikpat vispārpieņemts kosmoloģiskais modelis kā Zemes rotācija ap Sauli. Saskaņā ar teoriju apmēram pirms 14 miljardiem gadu spontānas svārstības absolūtā tukšumā noveda pie Visuma parādīšanās. Kaut kas subatomiskas daļiņas izmērs sekundes sekundes laikā paplašinājās līdz neiedomājamiem izmēriem. Bet šajā teorijā ir daudz problēmu, ar kurām cīnās fiziķi, izvirzot arvien jaunas hipotēzes.
Kas tad ir vainas Lielā sprādziena teorijā?
Kas vainas lielā sprādziena teorijai
1. NO TEORIJAS izriet, ka visas planētas un zvaigznes tika izveidotas no putekļiem, kas izkliedēti kosmosā sprādziena rezultātā. Bet tas, kas notika pirms tā, nav skaidrs: šeit pārstāj darboties mūsu laika-laika matemātiskais modelis. Visums radās no sākotnējā vienskaitļa stāvokļa, kurā mūsdienu fiziku nevar piemērot. Teorijā netiek ņemti vērā arī singularitātes cēloņi vai matērija un enerģija tās rašanās gadījumam. Tiek uzskatīts, ka atbildi uz jautājumu par sākotnējās singularitātes esamību un izcelsmi sniegs kvantu gravitācijas teorija.
Reklāmas video:
2. Lielākā daļa kosmosa modeļu rāda, ka viss Visums ir daudz lielāks nekā novērojamā daļa - sfērisks apgabals, kura diametrs ir aptuveni 90 miljardi gaismas gadu. Mēs redzam tikai to Visuma daļu, no kuras gaismai 13,8 miljardu gadu laikā izdevās sasniegt Zemi. Bet teleskopi kļūst labāki, mēs atrodam arvien attālākus objektus, un līdz šim nav pamata domāt, ka šis process apstāsies.
3. NO LIELA SPRĀDZINĀJUMA UN AUGSTUMA PASAULES PAPLAŠINĀS. Mūsdienu fizikas visgrūtākais noslēpums ir jautājums par to, kas izraisa paātrinājumu. Saskaņā ar darba hipotēzi Visums satur neredzamu komponentu, ko sauc par "tumšo enerģiju". Lielā sprādziena teorija nepaskaidro, vai Visums paplašināsies bezgalīgi, un, ja tā, tad kur tas novedīs - pie tā pazušanas vai kaut kā cita.
4. Kaut arī Ņūtonas mehānika, kuru pārspēj relatīvistiskā fizika, to nevar saukt par kļūdainu. Tomēr pasaules uztvere un Visuma aprakstīšanas modeļi ir pilnībā mainījušies. Lielā sprādziena teorija paredzēja vairākas lietas, kas iepriekš nebija zināmas. Tādējādi, ja tā vietā nāk cita teorija, tad tai vajadzētu būt līdzīgai un paplašināt pasaules izpratni.
Mēs pievērsīsimies visinteresantākajām teorijām, kas apraksta alternatīvus Lielā sprādziena modeļus.
Visums ir kā melnās cauruma mirāža
Visums radies, sabrūkot zvaigznei četrdimensiju Visumā, saka zinātnieki no Perimetra teorētiskās fizikas institūta. Viņu pētījumu rezultāti tika publicēti žurnālā Scientific American. Nyayesh Afshordi, Roberts Manns un Razi Purhasan saka, ka mūsu trīsdimensiju Visums kļuva par sava veida "hologrāfisko mirāžu", kad sabruka četrdimensiju zvaigzne. Atšķirībā no Lielā sprādziena teorijas, saskaņā ar kuru Visums radās ārkārtīgi karstā un blīvā laiktelpā, kur standarta fizikas likumi nav piemērojami, jaunā četrdimensiju Visuma hipotēze izskaidro gan tā rašanās cēloņus, gan straujo paplašināšanos
Saskaņā ar Afšordi un viņa kolēģu formulēto scenāriju mūsu trīsdimensiju Visums ir sava veida membrāna, kas peld caur vēl apjomīgāku Visumu, kas jau pastāv četrās dimensijās. Ja šajā četrdimensiju telpā eksistētu viņu pašu četrdimensiju zvaigznes, tās arī eksplodētu tāpat kā trīsdimensiju zvaigznes mūsu Visumā. Iekšējais slānis kļūtu par melno caurumu, un ārējais slānis tiktu izmests kosmosā.
Mūsu Visumā melnos caurumus ieskauj sfēra, ko sauc par notikumu horizontu. Un, ja trīsdimensiju telpā šī robeža ir divdimensiju (kā membrāna), tad četrdimensiju Visumā notikumu horizontu ierobežos sfēra, kas pastāv trīs dimensijās. Datorsimulācijas par četrdimensiju zvaigznes sabrukumu parādīja, ka tās trīsdimensiju notikumu horizonts pakāpeniski paplašināsies. To mēs novērojam, saucot 3D membrānas augšanu par Visuma paplašināšanos, uzskata astrofiziķi.
Liela iesaldēšana
Alternatīva Lielajam sprādzienam varētu būt Lielā iesaldēšana. Melburnas universitātes fiziķu grupa Džeimsa Kvatcha vadībā iepazīstināja ar Visuma dzimšanas modeli, kas vairāk atgādina pakāpenisku amorfās enerģijas sasalšanas procesu, nevis tā šļakstīšanos un izplešanos trīs kosmosa virzienos.
Bezveidīga enerģija, pēc zinātnieku domām, tāpat kā ūdens, atdzesēta līdz kristalizācijai, radot parastās trīs telpiskās un vienreizējās dimensijas.
Lielās iesaldēšanas teorija liek šaubīties par Alberta Einšteina pašreiz pieņemto paziņojumu par telpas un laika nepārtrauktību un gludumu. Iespējams, ka kosmosam ir savas sastāvdaļas - nedalāmi celtniecības elementi, piemēram, sīkie atomi vai pikseļi datorgrafikā. Šie bloki ir tik mazi, ka tos nevar novērot, tomēr, ievērojot jauno teoriju, var atklāt defektus, kuriem būtu jāatsakās no citu daļiņu plūsmām. Zinātnieki ir aprēķinājuši šādus efektus, izmantojot matemātisko aparātu, un tagad viņi mēģinās tos atklāt eksperimentāli.
Visums bez sākuma vai beigām
Ahmeds Farags Ali no Benha universitātes Ēģiptē un Sauria Das no Letbridžas universitātes Kanādā piedāvāja jaunu singularitātes problēmas risinājumu, novadot Lielo sprādzienu. Viņi ieviesa slavenā fiziķa Deivida Boma idejas Frīdmana vienādojumā, kas apraksta Visuma paplašināšanos un Lielo sprādzienu. "Tas ir pārsteidzoši, ka ar nelieliem grozījumiem potenciāli var atrisināt tik daudz problēmu," saka Das.
Rezultātā iegūtais modelis apvieno vispārējo relativitātes un kvantu teoriju. Tas ne tikai noliedz vienreizību, kas notika pirms Lielā sprādziena, bet arī neļauj Visumam laika gaitā atkal sarauties sākotnējā stāvoklī. Saskaņā ar iegūtajiem datiem Visumam ir ierobežots izmērs un bezgalīgs kalpošanas laiks. Fiziskā izteiksmē modelis apraksta Visumu, kas piepildīts ar hipotētisku kvantu šķidrumu, kas sastāv no gravitoniem - daļiņām, kas nodrošina gravitācijas mijiedarbību.
Zinātnieki arī apgalvo, ka viņu atklājumi atbilst jaunākajiem Visuma blīvuma mērījumiem.
Bezgalīga haotiska inflācija
Termins "inflācija" attiecas uz Visuma straujo paplašināšanos, kas eksponenciāli notika pirmajos brīžos pēc Lielā sprādziena. Pati par sevi inflācijas teorija neatspēko Lielā sprādziena teoriju, bet tikai interpretē to atšķirīgi. Šī teorija atrisina vairākas fizikas pamatproblēmas.
Saskaņā ar inflācijas modeli, neilgi pēc tā pirmsākumiem, Visums ļoti īsu laiku eksponenciāli paplašinājās: tā lielums daudzkārt dubultojās. Zinātnieki uzskata, ka 10 līdz -36 grādu sekundēs Visums ir palielinājies vismaz par 10 līdz 30-50 grādiem un, iespējams, vairāk. Inflācijas fāzes beigās Visums tika piepildīts ar superhot plazmu ar brīviem kvarkiem, gluoniem, leptoniem un augstas enerģijas kvantiem.
Šis jēdziens nozīmē, ka pasaulē ir daudz izolētu Visumu ar dažādām ierīcēm.
Fiziķi ir nonākuši pie secinājuma, ka inflācijas modeļa loģika nav pretrunā ar ideju par pastāvīgu daudzveidīgu jaunu Visumu dzimšanu. Kvantu svārstības - tādas pašas kā tās, kas radīja mūsu pasauli - var notikt jebkurā daudzumā, ja ir piemēroti apstākļi. Pilnīgi iespējams, ka mūsu Visums radās no priekšgājēju pasaulē izveidojušās svārstību zonas. Ir arī iespējams pieņemt, ka kaut kad un kaut kur mūsu Visumā veidosies svārstības, kas "izpūst" jaunu, pavisam cita veida Visumu. Šajā modelī bērnu Visumi var nepārtraukti atrauties. Turklāt nebūt nav nepieciešams, lai jaunajās pasaulēs tiktu ieviesti vieni un tie paši fiziskie likumi. Šis jēdziens nozīmē, ka pasaulē ir daudz izolētu Visumu ar dažādām ierīcēm.
Cikliskā teorija
Pols Šteinhards, viens no fiziķiem, kurš lika inflācijas kosmoloģijas pamatus, nolēma šo teoriju attīstīt tālāk. Zinātnieks, kurš vada Prinstonas teorētiskās fizikas centru, kopā ar Nilu Turoku no Perimetra teorētiskās fizikas institūta izklāstīja alternatīvu teoriju grāmatā Endless Universe: Beyond the Big Bang. Viņu modelis ir balstīts uz kvantu virsstīgu teorijas vispārinājumu, kas pazīstams kā M-teorija. Pēc viņas teiktā, fiziskajai pasaulei ir 11 dimensijas - desmit telpiskas un viena laicīga. Tajā "peld" zemāku izmēru telpas, tā sauktie brani (saīsinājums no "membrānas"). Mūsu Visums ir tikai viens šāds brane.
Šteinhardta un Turoka modelis apgalvo, ka Lielais sprādziens notika mūsu brāna sadursmes rezultātā ar citu brānu - nezināmu Visumu. Šajā scenārijā sadursmes notiek bezgalīgi. Saskaņā ar Šteinhardta un Turoka hipotēzi, blakus mūsu brānim "peld" vēl viens trīsdimensiju brāns, kuru atdala mazs attālums. Tas arī izplešas, izlīdzinās un iztukšojas, bet pēc triljoniem gadu celtņi sāks saplūst un galu galā sadurties. Tas atbrīvos milzīgu enerģijas daudzumu, daļiņas un starojumu. Šī kataklizma uzsāks vēl vienu Visuma paplašināšanās un atdzišanas ciklu. No Steinhardta un Turoka modeļa izriet, ka šie cikli bija pagātnē un noteikti atkārtosies arī turpmāk. Kā šie cikli sākās, teorija klusē.
Visums ir kā dators
Vēl viena hipotēze par Visuma struktūru saka, ka visa mūsu pasaule ir nekas cits kā matrica vai datorprogramma. Ideju, ka Visums ir digitāls dators, pirmoreiz aizsāka vācu inženieris un datoru celmlauzis Konrāds Zuse savā grāmatā Kosmosa aprēķins. Starp tiem, kas Visumu uzlūkoja arī kā milzu datoru, ir fiziķi Stīvens Volframs un Džerards 'Hoofs.
Digitālās fizikas teorētiķi pieņem, ka Visums būtībā ir informācija un tāpēc to var aprēķināt. No šiem pieņēmumiem izriet, ka Visumu var uzskatīt par datorprogrammas vai digitālās skaitļošanas ierīces rezultātu. Šis dators varētu būt, piemēram, milzīgs mobilais automāts vai universāla Turinga mašīna.
Nenoteiktības principu kvantu mehānikā sauc par netiešu Visuma virtuālās dabas pierādījumu.
Saskaņā ar teoriju katrs fiziskās pasaules objekts un notikums rodas, uzdodot jautājumus un reģistrējot atbildes "jā" vai "nē". Tas ir, aiz visa, kas mūs ieskauj, ir paslēpts noteikts kods, līdzīgs datorprogrammas binārajam kodam. Un mēs esam sava veida saskarne, caur kuru parādās piekļuve "universālā interneta" datiem. Kvantu mehānikas nenoteiktības princips tiek saukts par Visuma virtuālā rakstura netiešu pierādījumu: matērijas daļiņas var pastāvēt nestabilā formā, un noteiktā stāvoklī tās "fiksējas" tikai tās novērojot.
Digitālās fizikas sekotājs Džons Arčibalds Vīlers rakstīja: “Nebūtu saprātīgi iedomāties, ka informācija ir fizikas, kā arī datora kodolā. Viss no mazliet. Citiem vārdiem sakot, viss, kas pastāv - katra daļiņa, katrs spēka lauks, pat pats telpas-laika kontinuums - saņem savu funkciju, nozīmi un galu galā arī savu eksistenci."
Teksta autors Artjoms Lučko