Niin kauan kuin on ihmiskuntaa, niin paljon ja se yrittää ymmärtää maailmankaikkeuden rakennetta. Kyllä, monet sanovat, että tämä on "hyödytöntä hälinää", emme todellakaan tiedä mitään, emmekä opi mitään tulevilla sukupolvilla ja ehkä jopa ennen ihmissivilisaation loppua. No, ehkä he ovat oikeassa, mutta spekuloidaan …
Suuren räjähdyksen teoriasta on tullut melkein yhtä yleisesti hyväksytty kosmologinen malli kuin maapallon kiertyminen auringon ympäri. Teorian mukaan noin 14 miljardia vuotta sitten spontaanit värähtelyt absoluuttisessa tyhjyydessä johtivat maailmankaikkeuden syntymiseen. Jotain subatomisen hiukkasen koosta laajeni käsittämättömiin kokoihin sekunnin murto-osassa. Mutta tässä teoriassa on monia ongelmia, joista fyysikot taistelevat ja esittävät yhä uusia hypoteeseja.
Joten mikä on Big Bang -teorian vikaa?
Mikä vikaa big bang -teoriassa
1. TEORIASTA seuraa, että kaikki planeetat ja tähdet muodostuivat avaruudessa hajonneesta pölystä räjähdyksen seurauksena. Mutta mitä edeltää, on epäselvää: tässä matemaattinen aika-aika-mallimme lakkaa toimimasta. Maailmankaikkeus syntyi alkuperäisestä yksitilasta, johon nykyaikaista fysiikkaa ei voida soveltaa. Teoriassa ei myöskään oteta huomioon singulariteetin tai aineen ja energian syitä sen esiintymiseen. Uskotaan, että vastaus kysymykseen alkuperäisen singulariteetin olemassaolosta ja alkuperästä antaa kvanttigravitaation teoria.
Mainosvideo:
2. ENEMMÄN KOSMOLOGISET MALLIT ennustavat, että koko maailmankaikkeus on paljon suurempi kuin havaittavissa oleva osa - pallomainen alue, jonka halkaisija on noin 90 miljardia valovuotta. Näemme vain sen osan maailmankaikkeudesta, jonka valo onnistui saavuttamaan Maan 13,8 miljardin vuoden aikana. Mutta kaukoputket paranevat, havaitsemme yhä kauempana olevia esineitä, eikä toistaiseksi ole syytä uskoa, että tämä prosessi pysähtyy.
3. SUUREN RÄJÄHDYKSEN HETKESTÄMISEKSI LAAJENNETTU YLIOPISTO kiihdyttämällä. Nykyaikaisen fysiikan vaikein mysteeri on kysymys siitä, mikä aiheuttaa kiihtyvyyden. Toimivan hypoteesin mukaan maailmankaikkeus sisältää näkymätön komponentti nimeltä "pimeä energia". Suuren räjähdyksen teoria ei selitä, laajeneeko maailmankaikkeus loputtomiin, ja jos on, niin mihin se johtaa - sen katoamiseen tai johonkin muuhun.
4. JOS RELATIVISTISEN FYSIIKAN YLITTÄMÄN NEWTONIN MEKANIIKKAA, sitä ei voida kutsua virheelliseksi. Käsitys maailmasta ja mallit maailmankaikkeuden kuvaamiseksi ovat kuitenkin täysin muuttuneet. Big Bang Theory ennusti useita asioita, joita ei vielä tiedetty. Jos siis uusi teoria tulee sen tilalle, sen pitäisi olla samanlainen ja laajentaa käsitystä maailmasta.
Keskitymme mielenkiintoisimpiin teorioihin, jotka kuvaavat vaihtoehtoisia Big Bang -malleja.
Maailmankaikkeus on kuin mustan aukon mirage
Maailmankaikkeus syntyi tähden romahtamisesta nelidimensionaalisessa maailmankaikkeudessa, sanovat tutkijat Perimeter-teoreettisen fysiikan instituutista. Tutkimusten tulokset julkaistiin Scientific American -lehdessä. Nyayesh Afshordi, Robert Mann ja Razi Purhasan sanovat, että kolmiulotteisesta universumistamme tuli eräänlainen "holografinen mirage", kun nelidimensionaalinen tähti romahti. Toisin kuin Big Bang -teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus syntyi erittäin kuumasta ja tiheästä avaruudesta, jossa fysiikan vakiolakeja ei sovelleta, uusi hypoteesi nelidimensionaalisesta maailmankaikkeudesta selittää sekä alkuperän syyt että sen nopean laajenemisen
Afshordin ja hänen kollegoidensa muotoileman skenaarion mukaan kolmiulotteinen universumimme on eräänlainen kalvo, joka kelluu vieläkin laajemman maailmankaikkeuden läpi, joka on jo olemassa neljässä ulottuvuudessa. Jos tässä nelidimensionaalisessa avaruudessa olisi omat neliulotteiset tähtensä, ne myös räjähtäisivät, kuten kolmiulotteiset maailmankaikkeudessamme. Sisäisestä kerroksesta tulee musta aukko, ja ulkokerros heitetään avaruuteen.
Universumissamme mustia aukkoja ympäröi pallo, jota kutsutaan tapahtumahorisontiksi. Ja jos kolmiulotteisessa avaruudessa tämä raja on kaksiulotteinen (kuten kalvo), niin nelidimensionaalisessa maailmankaikkeudessa tapahtumahorisonttia rajoittaa pallo, joka esiintyy kolmessa ulottuvuudessa. Nelisuuntaisen tähden romahduksen tietokonesimulaatiot ovat osoittaneet, että sen kolmiulotteinen tapahtumahorisontti laajenee vähitellen. Tämän havaitsemme kutsumalla 3D-membraanin kasvua maailmankaikkeuden laajenemiseksi, astrofyysikot uskovat.
Suuri jäätyminen
Vaihtoehto Big Bangille voisi olla Big Freeze. Melbournen yliopiston fyysikkoryhmä, johtajana James Kvatch, esitteli mallin maailmankaikkeuden syntymästä, joka näyttää enemmän kuin asteittainen amorfisen energian jäätymisprosessi kuin sen roiskuminen ja laajeneminen kolmessa avaruuden suunnassa.
Muodoton energia, tutkijoiden mukaan, kuten vesi, joka jäähdytetään kiteytymiseksi, luo tavanomaiset kolme spatiaalista ja yhtä ajallista ulottuvuutta.
Suuri jäätymisteoria herättää epäilyksiä Albert Einsteinin tällä hetkellä hyväksytystä lausunnosta avaruuden ja ajan jatkuvuudesta ja sujuvuudesta. On mahdollista, että avaruudessa on sen osat - jakamattomat rakennuspalikat, kuten pienet atomit tai pikselit tietokonegrafiikassa. Nämä lohkot ovat niin pieniä, että niitä ei voida havaita, mutta uuden teorian mukaisesti voidaan havaita vikoja, joiden tulisi taittaa muiden hiukkasten virtaukset. Tutkijat ovat laskeneet tällaiset vaikutukset matemaattisella laitteella, ja nyt he yrittävät havaita ne kokeellisesti.
Maailmankaikkeus ilman alkua tai loppua
Ahmed Farag Ali Benhan yliopistosta Egyptistä ja Sauria Das Lethbridgen yliopistosta Kanadasta ovat ehdottaneet uutta ratkaisua singulaarisuusongelmaan luopumalla Suuresta Bangista. He esittivät kuuluisan fyysikon David Bohmin ideoita Friedman-yhtälöön, joka kuvaa maailmankaikkeuden laajenemista ja Suurta Bangta. "On hämmästyttävää, että pienet tarkistukset voivat ratkaista niin monia asioita", Das sanoo.
Tuloksena oleva malli yhdisti yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttiteorian. Se ei vain kiistä suurta räjähdystä edeltäneitä yksinäisyyksiä, mutta ei myöskään salli universumin supistua takaisin alkuperäiseen tilaansa ajan myötä. Saatujen tietojen mukaan maailmankaikkeudella on rajallinen koko ja ääretön käyttöikä. Fyysisesti malli kuvaa universumia, joka on täynnä hypoteettista kvanttinestettä, joka koostuu gravitoneista - hiukkasista, jotka tarjoavat gravitaatiovuorovaikutusta.
Tutkijat väittävät myös, että heidän havainnot ovat yhdenmukaisia maailmankaikkeuden tiheyden viimeisimpien mittausten kanssa.
Loputon kaoottinen inflaatio
Termi "inflaatio" viittaa maailmankaikkeuden nopeaan laajenemiseen, joka tapahtui räjähdysmäisesti ensimmäisinä hetkinä Ison räjähdyksen jälkeen. Inflaatioteoria ei sinänsä kumoa Big Bangin teoriaa, vaan vain tulkitsee sen eri tavalla. Tämä teoria ratkaisee useita fysiikan perusongelmia.
Inflaatiomallin mukaan universumi laajeni pian perustamisensa jälkeen räjähdysmäisesti hyvin lyhyeksi ajaksi: sen koko kaksinkertaistui monta kertaa. Tutkijat uskovat, että maailmankaikkeus on kasvanut 10--36 asteen sekunnissa ainakin 10-30-50 astetta ja mahdollisesti enemmän. Inflaatiovaiheen lopussa maailmankaikkeus täytettiin superhot-plasmalla, jossa oli vapaita kvarkkeja, gluoneja, leptoneja ja korkean energian kvantteja.
Käsite viittaa siihen, että maailmassa on monia eristettyjä maailmankaikkeuksia, joissa on eri laitteet.
Fyysikot ovat tulleet siihen tulokseen, että inflaatiomallin logiikka ei ole ristiriidassa uusien universumien jatkuvan monisyntyisyyden ajatuksen kanssa. Kvanttivaihtelut - samat kuin maailmamme synnyttäneet - voivat esiintyä missä tahansa määrin, jos olosuhteet ovat oikeat. On aivan mahdollista, että maailmankaikkeumme syntyi edeltäjämaiheen muodostuneesta vaihteluvyöhykkeestä. On myös mahdollista olettaa, että joskus ja jonnekin maailmankaikkeumme muodostuu vaihtelu, joka "puhaltaa" kokonaan uudenlaisen nuoren maailmankaikkeuden. Tässä mallissa lapsiuniversumit voivat jatkuvasti pudota. Lisäksi ei ole lainkaan välttämätöntä, että samat fyysiset lait perustetaan uusiin maailmoihin. Käsite viittaa siihen, että maailmassa on monia eristettyjä maailmankaikkeuksia, joissa on eri laitteet.
Syklinen teoria
Paul Steinhardt, yksi fyysikoista, jotka loivat perustan inflaatiokosmologialle, päätti kehittää tätä teoriaa edelleen. Princetonissa sijaitsevan teoreettisen fysiikan keskusta johtava tutkija yhdessä Neil Turokin kanssa Perimeter Institute for Theoretical Physics esitteli vaihtoehtoisen teorian kirjassa Endless Universe: Beyond the Big Bang. Heidän mallinsa perustuu M-teoriana tunnetun kvanttisupersangan teorian yleistämiseen. Hänen mukaansa fyysisessä maailmassa on 11 ulottuvuutta - kymmenen spatiaalista ja yksi ajallinen. Alempikokoiset tilat "kelluvat" siinä, ns. Branes (lyhenne sanoista "kalvo"). Universumimme on vain yksi tällainen röyhkeys.
Steinhardt ja Turok -malli väittää, että iso räjähdys tapahtui törmäyksessä aisamme kanssa toiseen - tuntemattomaan maailmankaikkeuteen. Tässä skenaariossa törmäyksiä tapahtuu loputtomasti. Steinhardtin ja Turokin hypoteesin mukaan toinen kolmiulotteinen runko "kelluu" rintamme vieressä, erotettuna pienellä etäisyydellä. Se myös laajenee, tasoittuu ja tyhjenee, mutta biljoonan vuoden kuluttua rungot alkavat lähentyä ja lopulta törmätä. Tämä vapauttaa valtavan määrän energiaa, hiukkasia ja säteilyä. Tämä katastrofi käynnistää toisen maailmankaikkeuden laajenemisen ja jäähdytyksen. Steinhardtin ja Turokin mallista seuraa, että nämä jaksot olivat menneisyydessä ja toistuvat varmasti tulevaisuudessa. Kuinka nämä jaksot alkoivat, teoria on hiljainen.
Universumi on kuin tietokone
Toinen hypoteesi maailmankaikkeuden rakenteesta sanoo, että koko maailmamme ei ole muuta kuin matriisi tai tietokoneohjelma. Ajatuksen siitä, että maailmankaikkeus on digitaalinen tietokone, aloitti saksalainen insinööri ja tietokonepioneer Konrad Zuse kirjassaan Avaruuden laskeminen. Niiden joukossa, jotka pitivät maailmankaikkeutta myös jättiläisenä tietokoneena, ovat fyysikot Stephen Wolfram ja Gerard 't Hooft.
Digitaalisen fysiikan teoreetikot olettavat, että maailmankaikkeus on pohjimmiltaan tietoa ja siten laskettavissa. Näistä oletuksista seuraa, että maailmankaikkeutta voidaan tarkastella tietokoneohjelman tai digitaalisen tietokonelaitteen tuloksena. Tämä tietokone voi olla esimerkiksi jättimäinen soluautomaatti tai universaali Turingin kone.
Kvanttimekaniikan epävarmuusperiaatetta kutsutaan epäsuoraksi todistukseksi maailmankaikkeuden virtuaalisesta luonteesta.
Teorian mukaan jokainen fyysisen maailman esine ja tapahtuma tulee kysymysten esittämisestä ja vastausten rekisteröinnistä "kyllä" tai "ei". Toisin sanoen kaiken ympäröivän takana on tietty koodi piilotettu, samanlainen kuin tietokoneohjelman binaarikoodi. Ja olemme eräänlainen käyttöliittymä, jonka kautta pääsy "universaalin Internetin" tietoihin ilmestyy. Kvanttimekaniikan epävarmuuden periaatetta kutsutaan epäsuoraksi todistukseksi maailmankaikkeuden virtuaalisesta luonteesta: aineen hiukkaset voivat olla epävakaassa muodossa, ja ne ovat "kiinteitä" tietyssä tilassa vain niitä tarkkailemalla.
Digitaalisen fysiikan seuraaja John Archibald Wheeler kirjoitti: Ei olisi kohtuutonta kuvitella, että tieto on sekä fysiikan että tietokoneen ytimessä. Kaikki vähän. Toisin sanoen kaikki olemassa oleva - jokainen hiukkanen, jokainen voimakenttä, jopa itse aika-aikajakso - saa toimintansa, tarkoituksensa ja viime kädessä juuri sen olemassaolon.
Sanoittaja Artyom Luchko
