Ці дастаткова мы разумныя, каб зразумець сусьвет?
Назіраны Сусвет часам можна падаць на талерцы, як гэта нядаўна зрабіў музыка Пабла Карлас Будасі, аб'яднаўшы лагарыфмічныя карты Прынстанскага ўніверсітэта і НАСА ў адзін каляровы дыск. Гэта геацэнтрычная мадэль - Зямля знаходзіцца ў цэнтры пліты, а плазма Вялікага выбуху - па краях.
Візуалізацыя гэтак жа добрая, як і любая іншая, і нават лепш за іншых, таму што яна блізкая да чалавечага пункту гледжання. Існуе мноства тэорый аб структуры, дынаміцы і лёсе Сусвету, і касмалагічная парадыгма, прынятая дзесяцігоддзямі, здаецца, у апошні час злёгку разбураецца. Напрыклад, усё часцей раздаюцца галасы, якія адмаўляюць тэорыю Вялікага выбуху.
Сусвет - гэта сад дзівацтваў, распісаны гадамі ў «мэйнстрыме» фізікі і касмалогіі, напоўнены мудрагелістымі з'явамі, такімі як гіганцкія квазары ляціць ад нас з галавакружнай хуткасцю, цёмная матэрыяякі ніхто не знайшоў і які не паказвае прыкмет паскаральнікаў, але неабходны для тлумачэння занадта хуткага кручэння галактыкі, і, нарэшце, вялікі выбухшто выракае ўсю фізіку на дужанне з невытлумачальным, прынамсі, на дадзены момант, асаблівасць.
феерверкаў не было
Своеасаблівасць Вялікага выбуху прама і непазбежна выцякае з матэматыкі агульнай тэорыі рэлятыўнасці. Аднак некаторыя навукоўцы бачаць у гэтым праблематычную з'яву, таму што матэматыка можа растлумачыць толькі тое, што адбылося адразу пасля… – але яна не ведае, што было ў той самы своеасаблівы момант, перад вялікім феерверкам (2).
Многія навукоўцы ўхіляюцца ад гэтай асаблівасці. Хаця б таму, як ён нядаўна выказаўся Але Ахмед Фарах з Бенскага ўніверсітэта ў Егіпце, «законы фізікі там перастаюць працаваць». Фараг разам з калегам Саўрыя Дасем з Універсітэта Летбрыджа ў Канадзе, прадставіў у артыкуле, апублікаваным у 2015 годзе ў «Physics Letters B», мадэль, у якой у Сусвеце няма ні пачатку, ні канца, а значыць, няма і сінгулярнасці.
Абодва фізіка былі натхнёныя сваёй працай. Дэвід Бом з 50-х гадоў. Ён разглядаў магчымасць замены вядомых з агульнай тэорыі адноснасці геадэзічных ліній (кароткіх ліній, якія злучаюць дзве кропкі) квантавымі траекторыямі. У сваім артыкуле Фараг і Дас ужылі гэтыя траекторыі Бома да раўнання, распрацаванаму ў 1950 году фізікам. Да Амалы Кумары Райчаудхуры з Калькуцкага ўніверсітэта. Райчаўдхуры таксама быў настаўнікам Даса, калі той вучыўся ў 90. Выкарыстоўваючы раўнанне Райчаўдхуры, Алі і Дас атрымалі квантавую папраўку. Раўнанне Фрыдманаякая, у сваю чаргу, апісвае эвалюцыю Сусвету (уключаючы Вялікі выбух) у кантэксце агульнай тэорыі адноснасці. Хоць гэтая мадэль і не з'яўляецца сапраўднай тэорыяй квантавай гравітацыі, яна ўключае ў сябе элементы як квантавай тэорыі, так і агульнай тэорыі адноснасці. Фараг і Дас таксама чакаюць, што іх вынікі будуць дакладныя, нават калі будзе канчаткова сфармуляваная поўная тэорыя квантавай гравітацыі.
Тэорыя Фараг-Даса не прадказвае ні Вялікі Выбух, ні вялікі крах вярнуцца ў стан сінгулярнасці. Квантавыя траекторыі, якія выкарыстоўваюцца Фарагам і Дасам, ніколі не злучаюцца і, такім чынам, ніколі не ўтвараюць сінгулярную кропку. З касмалагічнага пункта гледжання, тлумачаць навукоўцы, квантавыя папраўкі можна разглядаць як касмалагічную сталую, і няма неабходнасці ўводзіць цёмную энергію. Касмалагічная пастаянная прыводзіць да таго, што рашэннем ураўненняў Эйнштэйна можа быць свет канчатковага памеру і бясконцага ўзросту.
Гэта не адзіная тэорыя ў апошні час, якая падрывае ўяўленні пра Вялікі Выбух. Напрыклад, існуюць гіпотэзы, што калі з'явілася час і прастора, яно зарадзілася і другі сусвету якім час цячэ назад. Гэтае бачанне прадстаўлена міжнароднай групай фізікаў, якая складаецца з: Цім Казлоўскі з Універсітэта Нью-Брансуіка, Рынкі Flavio Перыметр Інстытута тэарэтычнай фізікі і Джуліян Барбура. Два Сусветы, якія ўтварыліся падчас Вялікага Выбуху, у гэтай тэорыі павінны быць люстранымі адлюстраваннямі саміх сябе (3), таму ў іх іншыя законы фізікі і іншае адчуванне плыні часу. Магчыма, яны пранікаюць сябар у сябра. Ці цячэ час у іх наперад ці назад, вызначае кантраст паміж высокай і нізкай энтрапіяй.
У сваю чаргу, аўтар яшчэ адной новай прапановы па мадэлі за ўсё, Вонг Цзы Шу з Тайванскага нацыянальнага ўніверсітэта, апісвае час і прастору не як асобныя рэчы, а як цесна звязаныя рэчы, якія могуць ператварацца адна ў іншую. Ні хуткасць святла, ні гравітацыйная сталая не з'яўляюцца інварыянтнымі ў гэтай мадэлі, але з'яўляюцца фактарамі пераўтварэння часу і масы ў памер і прастору па меры пашырэння Сусвету. Тэорыю Шу, як і многія іншыя канцэпцыі ў акадэмічным свеце, вядома, можна разглядаць як фантазію, але мадэль пашыраецца Сусвету з 68% цёмнай энергіі, якая выклікае пашырэнне, таксама праблематычная. Некаторыя адзначаюць, што з дапамогай гэтай тэорыі навукоўцы "замясцілі пад дыван" фізічны закон захавання энергіі. Тайваньская тэорыя не парушае прынцыпаў захавання энергіі, але ў сваю чаргу мае праблему з мікрахвалевым фонавым выпраменьваннем, якое лічыцца перажыткам Вялікага выбуху. Нешта для чагосьці.
Вы не можаце бачыць цёмную і ўсё
Кандыдаты на ганаровае званне цёмная матэрыя Шмат. Слаба ўзаемадзейнічаюць масіўныя часціцы, моцна ўзаемадзейнічаюць масіўныя часціцы, стэрыльныя нейтрына, нейтрына, аксіёны - вось толькі некаторыя з рашэнняў таямніцы «нябачнай» матэрыі ў Сусвеце, якія да гэтага часу прапаноўваліся тэарэтыкамі.
На працягу дзесяцігоддзяў самымі папулярнымі кандыдатамі былі гіпатэтычныя, цяжкія (у дзесяць разоў цяжэйшыя за пратон) слаба ўзаемадзейнічаюць. часціцы, званыя вимпами. Меркавалася, што яны былі актыўныя ў пачатковай фазе існавання Сусвету, але па меры яе астывання і разлёту часціц іх узаемадзеянне згасала. Разлікі паказалі, што агульная маса вімпаў павінна была быць у пяць разоў больш, чым у звычайнай матэрыі, што роўна столькі, колькі было ацэнена цёмнай матэрыі.
Аднак ніякіх слядоў вімпаў знойдзена не было. Так што зараз папулярней казаць аб пошуку стэрыльныя нейтрына, гіпатэтычныя часціцы цёмнай матэрыі з нулявым электрычным зарадам і вельмі малой масай. Часам стэрыльныя нейтрына разглядаюць як чацвёртае пакаленне нейтрына (побач з электроннымі, мюоннымі і таў-нейтрына). Яго характэрнай асаблівасцю з'яўляецца тое, што ён узаемадзейнічае з рэчывам толькі пад дзеяннем сілы цяжару. Абазначаецца сімвалам νs.
Нейтрынныя асцыляцыі тэарэтычна могуць зрабіць мюонныя нейтрына стэрыльнымі, што паменшыць іх колькасць у дэтэктары. Гэта асабліва верагодна пасля таго, як пучок нейтрына прайшоў праз вобласць рэчыва з высокай шчыльнасцю, такую як ядро Зямлі. Таму дэтэктар IceCube на Паўднёвым полюсе выкарыстоўваўся для назірання нейтрына, якія прыходзяць з Паўночнага паўшар'я ў дыяпазоне энергій ад 320 ГэВ да 20 ТэВ, дзе чакаўся моцны сігнал у прысутнасці стэрыльных нейтрына. Нажаль, аналіз дадзеных назіраных падзей дазволіў выключыць існаванне стэрыльных нейтрына ў даступнай вобласці прасторы параметраў, т.зв. узровень дакладнасці 99%.
У ліпені 2016 года, пасля дваццаці месяцаў эксперыменту ў дэтэктары Large Underground Xenon (LUX), навукоўцам не было чаго сказаць, акрамя таго, што… яны нічога не выявілі. Гэтак жа навукоўцы з лабараторыі Міжнароднай касмічнай станцыі і фізікі з ЦЕРН, якія разлічвалі на вытворчасць цёмнай матэрыі ў другой частцы Вялікага адроннага калайдэра, нічога не гавораць пра цёмную матэрыю.
Таму трэба глядзець далей. Навукоўцы кажуць, што, магчыма, цёмная матэрыя – гэта нешта зусім адрознае ад вімпаў і нейтрына, ці чаго б там ні было, і яны будуюць LUX-ZEPLIN, новы дэтэктар, які павінен быць у семдзесят разоў больш адчувальным, чым цяперашні.
Навука сумняваецца ў тым, ці існуе такое паняцце, як цёмная матэрыя, і ўсё ж нядаўна астраномы назіралі галактыку, якая, нягледзячы на сваю масу, падобную да Млечнага Шляху, на 99,99% складаецца з цёмнай матэрыі. Інфармацыю аб адкрыцці прадаставіла абсерваторыя В.М. Кека. Гэта аб галактыка страказа 44 (Страказа 44). Яго існаванне было пацверджана толькі летась, калі сетка тэлескопаў Dragonfly Telephoto Array назірала фрагмент неба ў сузор'і Косы Беранікі. Аказалася, што галактыка змяшчае значна больш, чым здаецца на першы погляд. Паколькі ў ім мала зорак, ён бы хутка распаўся, калі б нейкая таямнічая рэч не дапамагла ўтрымаць разам складнікі яго аб'екты. Цёмная матэрыя?
Мадэляванне?
Гіпотэза Сусвет як галаграманягледзячы на тое, што ёю займаюцца людзі з сур'ёзнымі вучонымі ступенямі, яна да гэтага часу трактуецца як туманная вобласць на мяжы навукі. Магчыма, таму, што навукоўцы таксама людзі, і ім цяжка змірыцца з ментальнымі наступствамі даследаванняў у гэтых адносінах. Хуан Мальдасенапачынаючы з тэорыі струн, ён выклаў бачанне Сусвету, у якім струны, якія вібруюць у дзевяцімернай прасторы, ствараюць нашу рэальнасць, якая з'яўляецца ўсяго толькі галаграмай - праекцыяй плоскага свету без гравітацыі..
Вынікі даследавання аўстрыйскіх навукоўцаў, апублікаваныя ў 2015 годзе, сведчаць аб тым, што Сусвету трэба менш вымярэнняў, чым меркавалася. Трохмерны сусвет можа быць проста двухмернай інфармацыйнай структурай на касмалагічным гарызонце. Навукоўцы параўноўваюць яе з галаграмамі, знойдзенымі на крэдытных картах, – на самой справе яны двухмерныя, хоць мы бачым іх трохмернымі. Згодна з Даніэла Грумільера з Венскага тэхналагічнага універсітэта, наш Сусвет дастаткова плоскі і мае станоўчую крывулю. Грумілер растлумачыў у Physical Review Letters, што калі квантавая гравітацыя ў плоскай прасторы дапускае галаграфічнае апісанне з дапамогай стандартнай квантавай тэорыі, то таксама павінны існаваць фізічныя велічыні, якія можна вылічыць у абедзвюх тэорыях, і вынікі павінны супадаць. У прыватнасці, адна ключавая асаблівасць квантавай механікі - квантавая заблытанасць - павінна выявіцца ў тэорыі гравітацыі.
Некаторыя ідуць далей, кажучы не пра галаграфічную праекцыю, а нават пра камп'ютарнае мадэляванне. Два гады таму вядомы астрафізік, лаўрэат Нобелеўскай прэміі, Джордж Смут, прадставіў аргументы, што чалавецтва жыве ўсярэдзіне такой кампутарнай сімуляцыі. Ён сцвярджае, што гэта магчыма, напрыклад, дзякуючы развіццю кампутарных гульняў, якія тэарэтычна складаюць ядро віртуальнай рэальнасці. Ці будуць людзі калі-небудзь ствараць рэалістычныя сімуляцыі? Адказ - так», - сказаў ён у адным з інтэрв'ю. «Відавочна, што ў гэтым пытанні дасягнуты значны прагрэс. Проста паглядзіце на першы "Pong" і гульні, зробленыя сёння. Прыкладна ў 2045 годзе мы зможам пераносіць нашыя думкі ў кампутары ўжо зусім хутка».
Сусвет як галаграфічная праекцыя
Улічваючы, што мы ўжо можам карціраваць пэўныя нейроны ў мозгу дзякуючы выкарыстанню магнітна-рэзананснай тамаграфіі, выкарыстанне гэтай тэхналогіі для іншых мэт не павінна быць праблемай. Затым можа працаваць віртуальная рэальнасць, якая дазваляе кантактаваць з тысячамі людзей і забяспечвае форму стымуляцыі мозга. Па словах Смута, гэта магло адбывацца ў мінулым, і наш свет уяўляе сабой прасунутую сетку віртуальных сімуляцый. Больш за тое, гэта магло адбывацца бясконцую колькасць разоў! Так што мы можам жыць у сімуляцыі, якая знаходзіцца ў іншай сімуляцыі, утрымліваецца ў іншай сімуляцыі, якая… і гэтак далей, да бясконцасці.
Свет, а тым больш Сусвет, нажаль, не дадзены нам на талерцы. Хутчэй, мы самі з'яўляемся часткай, вельмі маленькай, страў, якія, як відаць з некаторых гіпотэз, маглі быць прыгатаваныя не для нас.
Ці зможа тая нязначная частка Сусвету, якую мы - прынамсі, у матэрыялістычным сэнсе - калі-небудзь спазнаць усю структуру? Ці дастаткова мы разумныя, каб зразумець і спасцігнуць таямніцу Сусвету? Магчыма не. Аднак калі б мы калі-небудзь вырашылі, што ў рэшце рэшт пацерпім няўдачу, цяжка было б не заўважыць, што гэта таксама было б, у пэўным сэнсе, свайго роду канчатковым зразуменнем прыроды ўсіх рэчаў…
