Enemmän mustia aukkoja kuin osaan selittää

80 prosenttia on kuinka paljon ultraviolettivaloa "puuttuu" avaruudesta. Tiedemiehet ilmoittivat tämän äskettäin Hubble-avaruusteleskooppiin asennetun Cosmic Origins -spektrografin avulla tehtyjen havaintojen perusteella. Tämä tarkoittaa, että sen on oltava viisi kertaa enemmän kuin mitä kirjoitamme. Tämä on vain yksi monista esimerkeistä maailmankaikkeuden mysteereistä ja mysteereistä, jotka ovat edelleen olemassa.

Kosmisen ionisoidun vedyn määrä osoittaa puuttuvan säteilyn. Loppujen lopuksi atomien piti vastaanottaa fotoneja jostain, mikä "poisti elektronit" niiden kiertoradalta atomiytimien ympärillä. Tunnetut valonlähteet - kvasaarit tai - eivät riitä selittämään niin suurta määrää ionisoituja atomeja.

Tämä voi tietysti johtua riittämättömästä vertailun tilan näytteenotosta. Tutkijat ehdottavat, että suuremmassa mittakaavassa ionien ja säteilyn tasapaino saattaa olla sama. Voidaan kuitenkin kysyä, eikö tämä tarkoita sitä, että kosmos on heterogeeninen ja jossain hyvin erilainen kuin mitä näemme naapurustossa?

Toistuva ajatus hologrammista

Holografinen periaate on Gerardus t Hooftin ja Leonard Susskindin kehittämä teoria, joka "vahvassa versiossaan" väittää, että jokaisen kolmiulotteisen kappaleen tai avaruuden alueen kuvaus sisältyy tätä kehoa ympäröivään kaksiulotteiseen pintaan.

1. Graafinen esitys holografisesta kokeesta

Spekulatiivisemmassa, "heikossa" versiossa se julistaa, että koko universumi voidaan nähdä kaksiulotteisena informaatiorakenteena, joka on "piirretty" kosmologiseen horisonttiin. Holografista periaatetta voidaan käyttää selittämään informaatioparadoksia mustat aukot merkkijonoteorian yhteydessä.

Avaruushologrammin idea kuuluu Stephen Hawkingille itselleen. 70-luvun puolivälissä Hawking ennusti teoreettisesti, että mustat aukot lopulta haihtuvat ja katoavat. Tätä paria kutsutaan Hawking-säteilyksi. Se ei sisällä mitään tietoa mustasta aukosta, joten kun se haihtuu, kaikki tiedot tähdestä, josta musta aukko muodostui, menetetään lopullisesti.

Tämä on kuitenkin ristiriidassa sen yleisen käsityksen kanssa, että tietoa ei voi tuhota. Näin syntyi tiedon paradoksi. musta aukko. Jacob Bekenstein, Jerusalemin heprealaisen yliopiston tutkija, päätti ratkaista tämän paradoksin. Hänen mielestään mustan aukon entropia, synonyymi sen sisältämille tiedoille, on verrannollinen sen tapahtumahorisontin pinta-alaan.

Tapahtumahorisontti on teoreettinen piste, jonka jälkeen ei ole paluuta, ts. kaikki, mikä sen ylittää, imeytyy mustaan ​​aukkoon. Hawkingin ja Bekensteinin teorioiden perusteella teoreetikot ovat päätyneet siihen, että mikroskooppiset kvanttiaallot tapahtumahorisontissa voivat koodata tietoa mustista aukoista. Tämä tarkoittaa, että XNUMXD-tietoa mustan aukon muodostaneesta tähdestä voidaan koodata mustan aukon XNUMXD-tapahtumahorisonttiin.

Susskind ja Hooft laajensivat tämän koko universumiin, mikä viittaa siihen, että sillä on myös tapahtumahorisontti. Tämä on paikka, johon se on laajentunut olemassaolonsa aikana. Kieliteoreetikot ovat samaa mieltä tästä näkemyksestä.

Kesällä 2014 alkaneen kokeen, koodinimeltään Fermilab E-990, sanotaan "testaavan, onko universumi hologrammi". Sen tavoitteena on osoittaa itse avaruuden kvanttiluonne ja tutkijoiden "holografiseksi meluksi" kutsuman olemassaolo.

Kuten tiedetään, Heisenbergin kvanttiepävarmuusperiaate osoittaa, että on mahdotonta määrittää samanaikaisesti alkuainehiukkasten tarkkaa sijaintia ja nopeutta. Nyt tiedemiehet haluavat selvittää, onko tilassa, jossa aine asuu, värähtelee ja liikkuu, samaa epävarmuutta, ts. on myös kvanttiluonteinen.

Jos se olisi vakio eikä siihen kohdistuisi kvanttivaihteluita, se edustaisi teoreettista vertailupistettä, jonka avulla hiukkasia voidaan kuvata tarkasti. Mutta tutkijat epäilevät, että näin ei ole, ja avaruuden geometria on myös alttiina sellaisille kvanttivaihteluille, joita he kutsuvat "holografiseksi meluksi".

Fermilabissa suunnitellun kokeen tarkoituksena on testata holometriksi kutsuttua laitetta. Se koostuu kahdesta vierekkäisestä interferometristä, jotka lähettävät yhden kilowatin lasersäteen laitteeseen, joka jakaa ne kahdeksi kohtisuoraksi 40 metrin säteeksi.

Sitten ne palaavat jakopisteeseen aiheuttaen vaihteluita valonsäteiden kirkkaudessa. Jos ne aiheuttavat tietyn liikkeen jakolaitteessa, niin tämä todistaa itse tilan värähtelyn (1). Vuonna 2009 saman Fermilabin fyysikko Craig Hogan ehdotti kokeisiinsa perustuvaa holografista teoriaa.

Hän havaitsi, että kohina tulee aika-avaruuden reunalta, jossa aika ja avaruus lakkaavat muodostamasta jatkumoa. Hologrammien teoria selittää hyvin joitain niihin liittyviä paradokseja mustat aukot tai maailmankaikkeuden rakenteen peruskäsitteet.

Jotkut tutkijat ehdottavat sen laajentamista koskemaan koko todellisuutta. Sen hyväksyminen merkitsisi kuitenkin sitä, että olemme samaa mieltä sen kanssa, että kaikki jokapäiväinen kokemuksemme on vain holografinen heijastus kaukaisessa kaksiulotteisessa tilassa tapahtuvasta fyysisestä prosessista.

2. Edistyksellinen avaruudessa toimiva laserinterferometriantenni - eLISA

Katso avaruutta tarkemmin

Primääristen gravitaatioaaltojen olemassaolo liittyy myös aika-avaruuden "kohinaan". Jotkut pitävät sitä vuosisadan tärkeimpänä tieteellisenä tapahtumana, ja tähtitieteilijöiden ja BICEP2-observatorion tekemä korkean profiilin löytö on jo asetettu kyseenalaiseksi, koska skeptikot uskovat, että havainnot eivät ota huomioon kosmista pölyä ja voivat siksi olla vääriä. .

Käytännössä tämä ei kuitenkaan mitätöi löytöä, vaan tarkoittaa vain, että sen tulokset saattavat vaatia lisävarmennusta. On sanottu, että tämä on paras yleisen suhteellisuusteorian vahvistus, ja vaikka se ei ole ainoa todiste Albert Einsteinin väitteiden totuudesta eikä ilmeisestikään vakuuttavin, suuren fyysikon näkemys on tarkistettava monta kertaa. joten ei ole epäilystäkään siitä, että se on paras kuvaus maailmankaikkeudesta.

Tulevina vuosina tiedemiehillä on ja tulee olemaan yhä enemmän työkaluja tutkia tähän asti lähinnä teoreettisen päättelyn perusteella tunnettuja ilmiöitä. Yksi niistä, nimeltään Advanced Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), on suunniteltu havaitsemaan gravitaatioaaltoja, jotka johtuvat valtavan suuren törmäyksestä. mustat aukot (2).

Toinen avaruusobservatorio, Euclid, on tutkia kuinka universumi on laajentunut ja miten se liittyy pimeään aineeseen ja energiaan. Athena-avaruusteleskoopin odotetaan puolestaan ​​rekisteröivän tehokkaita röntgenlähteitä mustien aukkojen laitamille. Maassa sijaitseva laser-interferometrinen gravitaatioobservatorio (LIGO) tutkii myös mustia aukkoja.

Ja ympäri maailmaa sijaitseva teleskooppiverkko, joka tunnetaan yhdessä nimellä Event Horizon Telescope, voi katsoa musta aukko Linnunrattamme keskellä. Suurimmat toiveet Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian testaamisesta ovat jälleen toisella observatoriolla, Square Kilometer Arraylla (SKA).

Kuten nimestä voi päätellä, tämän kompleksin antennien kokonaispinta-alan tulisi olla neliökilometriä (3), ja sen herkkyyden tulisi olla 50 kertaa suurempi kuin meille tähän mennessä tunnettujen laitteiden ominaisuudet. Se koostuu 4 XNUMX yksittäisestä antennista Länsi-Australiassa ja Etelä-Afrikassa.

Kaikki tämän järjestelmän elementit yhdistetään optisilla kuiduilla suureen supertietokoneeseen, jonka tehtävänä on luoda monimutkainen kuva. SKA aloittaa toimintansa aikaisintaan vuonna 2022.

3. Joukko neliökilometrejä

Big Bang - EI!

Kuitenkin, ennen kuin riittävän tarkat tieteelliset laitteet antavat meille kiistatonta tietoa, teoreettisen astrofysiikan kamppailijoilla on jotain esitettävää. Ja he voivat järkyttää sinua. Voidaan sanoa, että taiwanilaisten fyysikkojen uusi kosmologinen teoria antaa jotain jostakin.

Heidän mallissaan pimeä energia katoaa, mikä on monien tutkijoiden kannalta erittäin ongelmallista. Valitettavasti meidän on lähdettävä siitä tosiasiasta, että universumilla ei ole alkua eikä loppua. Ei siis ollut alkuräjähdystä, johon useimmat tiedemiehet ja tavalliset ihmiset ovat jo tottuneet!

Kaiken uuden mallin kirjoittaja Wung-Yi Shu Taiwanin kansallisesta Tsinghuan yliopistosta kuvaa aikaa ja tilaa ei erillisinä elementteinä, vaan läheisesti toisiinsa liittyvinä elementteinä, jotka voidaan vaihtaa keskenään.

Valon nopeus ja gravitaatiovakio eivät ole vakioita tässä mallissa, vaan ne ovat tekijöitä ajan ja massan muuttumisessa kooksi ja avaruuteen universumin laajentuessa. Shun teoriaa voidaan pitää fantasiana, mutta "perinteinen" malli laajenevasta universumista, jossa pimeää energiaa laajenee 75 prosenttia, aiheuttaa myös ongelmia.

Jotkut huomauttavat, että tämän teorian avulla tutkijat "korvasivat maton alle" energian säilymisen fyysisen lain. Taiwanilainen teoria ei riko energiansäästön periaatteita, mutta sillä on puolestaan ​​ongelma mikroaaltotaustasäteilyssä, jota pidetään alkuräjähdyksen jäännöksenä. Työ hänen teoriansa parantamiseksi jatkuu.

4. Multiversumi on yksi taiteellisista visioista

Intialainen tiedemies Abhas Mitra on myös ollut johdonmukainen alkuräjähdyksen teorian arvostelija useiden vuosien ajan. Hän julkaisee työnsä suurimmissa tieteellisissä lehdissä, mutta useimmat tutkijat jättävät hänet huomiotta. Se myös kyseenalaistaa olemassaolon mustat aukot kuten nykytiede ymmärtää.

Kun edellä mainittu Stephen Hawking muokkasi mustien aukkojen teoriaansa vuoden 2014 alussa, Mitra väitti, että kuuluisa fyysikko sanoo nyt näistä esineistä samoja asioita, joita hän itse on sanonut monta vuotta, hämmästyneenä siitä, että kun hänet jätetään huomiotta, Hawkingin puhe on niin laajaa. kommentoi.

Kuten tiedämme, Hawking väitti äskettäin, että yksi useimmin toistuvista "luottamuksista". mustat aukot - käsite tapahtumahorisontista, jonka yli ei voi ylittää mitään, on yhteensopimaton kvanttifysiikan kanssa.

Kalifornian Kavli-instituutin fyysikon Joe Polchinskin teoreettiset kokeet osoittavat esimerkiksi, että jos tämä läpäisemätön tapahtumahorisontti olisi sopusoinnussa kvanttifysiikan kanssa, sen täytyisi olla jotain tulimuurin kaltaista, hajoavaa hiukkasta.

Hawking julkaisi uudet näkemyksensä verkossa nimellä Information Preservation and Weather Prediction for Black Holes. Hän selitti näkemysten kehittymistä Nature-lehden haastattelussa. Hawkingin uusi ehdotus on "näkyvä horisontti", jossa aine ja energia varastoidaan väliaikaisesti ja sitten vapautuvat vääristyneessä muodossa.

Tarkemmin sanottuna tämä on poikkeama ajatuksesta mustan aukon selkeästä rajasta. Fyysikko väittää viimeisimmässä työssään, että tämä on noin musta aukko absoluuttista horisonttia ei muodostu, joten koskaan ei ole suljettua tilaa, jonka yli ei voi mennä.

Sen sijaan sen ympärillä tapahtuu valtavia aika-avaruuden vaihteluita, joissa on vaikea puhua mustan aukon jyrkästä irtautumisesta ympäröivästä avaruudesta. Toinen Hawkingin uusien ajatusten seuraus on se, että aine jää tilapäisesti mustaan ​​aukkoon, joka voi "liuottaa" ja vapauttaa kaiken sisältä. Jotta tieto ei katoaisi, se julkaistiin aikaisemmin musta aukko se haihtuu kokonaan.

Multiversumi ja visiot

Jos yhdistämme kaksi suurta tieteellisen päättelyn löytöä - BICEP2012-teleskoopilla tehty Higgsin bosoni vuodelta 2 ja tämän vuoden gravitaatioaaltoja, jotka vahvistavat maailmankaikkeuden laajenemisen inflaatiovaiheen, niin ... tulokset voivat olla odottamattomia. .

5. Universumin visualisointi

Esimerkiksi sellainen, että ilman "jotain muuta" universumia ei olisi ollut olemassa pitkään aikaan. Brittitutkijat King's Collegesta Lontoossa ovat julkaisseet paperin, joka osoittaa, että jos kaikki, mitä tiedämme, on olemassa "Higgsin kentässä", joka antaa hiukkasten massaa, ja BICEP2-havainnot ovat oikeita, niin on vahvistettu, että kyseessä oli inflaatio "työntövaihe". hiukkasia Higgsin kentässä, mutta maailmankaikkeus niin se ei kestä enempää kuin sekunti!

Koska näin ei tapahtunut, meidän on oletettava ylimääräisen "jotain", jonkin elementin olemassaolo, jonka ansiosta syntynyt maailmankaikkeus ei romahda välittömästi takaisin itseensä. Samaan aikaan universumi on ollut olemassa 13,8 miljardia vuotta.

"Jos se, mitä BICEP2 osoitti, on totta, standardimallin ulkopuolella täytyy olla mielenkiintoista hiukkasfysiikkaa", kommentoi Robert Hogan, yksi tutkimuksen kirjoittajista Lontoon yliopistosta. Visio multiversumista (4), jossa universumimme on vain yksi loputtomista muista, joita syntyy kuplia saippuavaahdossa, on tulossa yhä suositumpi..

Silloin aika-avaruus olisi paljon laajempi käsite kuin mitä havaitsemme kuplassamme. Mielenkiintoista on, että tämä erittäin spekulatiivinen käsite ei horjuta Einsteinin teoriaa, vaan asettaa sen täysin uuteen perspektiiviin. Tämä näkemys on suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan liitto.

Tämä merkitsisi ajatuksesta luopumista jatkuvasta ja laajenevasta avaruudesta, joka kehittyy, pyörii ja kaareutuu jonkin pirstoutuneen ja sumutetun hyväksi. Tästä syntyvä uusi fysiikka voi olla paljon yksinkertaisempaa kuin nykyään vallitsevat teoriat!

Tiedettä kiusaavat arvoitukset ja paradoksit katoavat. On kuitenkin vaikea sanoa, ottavatko muut, seuraavat paikat. Uusi ehto maailmankaikkeus sillä meidän olisi vaikea ymmärtää tätä, samoin kuin tilannetta ennen alkuräjähdystä, jolloin ei ollut aikaa, ainakin siinä mielessä, missä voimme sen havaita.

Ennen kuin meillä on vastaus ja ainakin yksi varma käsitys maailmankaikkeuden alkuperästä, luonteesta ja kohtalosta, meidän pitäisi ainakin lohduttaa itseämme kauniilla visualisoinneilla... Esimerkiksi, kuten tähtitieteilijöiden luoma Illustris-tietokonesimulaatio.

Ensimmäistä kertaa oli mahdollista luoda uudelleen kosmoksen kehitys niin yksityiskohtaisesti, heti alkuräjähdyksen jälkeisestä ajanjaksosta nykypäivään. Mallin luomiseen käytetyt supertietokoneet työskentelivät sen parissa kuusi kuukautta. Mallintaminen ei kata kaikkea maailmankaikkeuskoska koneemme eivät vielä kestä sitä.

Joten näemme kosmisen aineen evoluution täyttävän kuution, jonka reuna on 350 miljoonaa valovuotta - tämä on melko suuri alue, joka edustaa koko kosmosta. Toiminta alkaa 12 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Se näyttää muutoksia miljardeissa vuosissa, galaksien ja suurempien rakenteiden muodostumista.

Tämän simulaation luomiseen käytettiin kaikkea tähän mennessä saatua tietoa avaruutta säätelevistä laeista ja teleskooppisten havaintojen, pääasiassa Hubble-teleskoopin, tuloksia. Tutkijat ottivat huomioon salaperäisen pimeän aineen ja pimeän energian.

Ajan myötä tumma aine tiivistyi klustereiksi ja pitkiksi filamenteiksi (5) luoden eräänlaisen kosmisen verkon. Ajan myötä nämä tiheydet houkuttelivat normaalia materiaalia, joka alun perin koostui vedyn ja heliumin seoksesta.

Siitä syntyi tähtienvälisiä kaasupilviä, tähtiä, galakseja ja galaksiryhmiä. Visualisoinnissa niiden väri vaihtelee vihreästä ja punaisesta valkoiseen lämpötilasta riippuen. Vaikka se ei aivan niin olisi, ehdotettu visio ei ole huono...