Olemmeko tarpeeksi älykkäitä ymmärtääksemme maailmankaikkeuden?

Havaittava maailmankaikkeus voidaan joskus tarjoilla lautaselle, kuten muusikko Pablo Carlos Budassi teki äskettäin yhdistäessään Princetonin yliopiston ja NASAn logaritmiset kartat yhdeksi värilevyksi. Tämä on geosentrinen malli - Maa on levyn keskellä ja Big Bang -plasma on reunoilla.

Visualisointi on yhtä hyvä kuin mikä tahansa ja jopa parempi kuin muut, koska se on lähellä ihmisen näkökulmaa. Universumin rakenteesta, dynamiikasta ja kohtalosta on monia teorioita, ja vuosikymmeniä hyväksytty kosmologinen paradigma näyttää olevan viime aikoina hieman murtumassa. Esimerkiksi ääniä kuullaan yhä enemmän, jotka kieltävät Big Bang -teorian.

Universumi on omituisuuksien puutarha, joka on maalattu vuosien mittaan fysiikan ja kosmologian "valtavirtaan" ja täynnä outoja ilmiöitä, kuten esim. jättiläiskvasaarit lentää pois meiltä huimaa vauhtia, pimeä ainejota kukaan ei ole havainnut ja joka ei osoita kiihdyttimien merkkejä, mutta on "välttämätön" selittääkseen galaksin liian nopean pyörimisen, ja lopuksi Big bangjoka tuomitsee koko fysiikan kamppailemaan selittämättömän kanssa, ainakin toistaiseksi, ominaisuus.

ilotulitteita ei ollut

Alkuräjähdyksen omaperäisyys seuraa suoraan ja väistämättä yleisen suhteellisuusteorian matematiikasta. Jotkut tiedemiehet näkevät tämän kuitenkin ongelmallisena ilmiönä, koska matematiikka voi selittää sen, mitä tapahtui heti ... - mutta se ei tiedä mitä tapahtui sillä hyvin erikoisella hetkellä, ennen suurta ilotulitusta (2).

Monet tutkijat ujostelevat tätä ominaisuutta. Jos vain siksi, kuten hän äskettäin ilmaisi Ali Ahmed Farah Benin yliopistosta Egyptistä, "fysiikan lait lakkaavat toimimasta siellä". Farag kollegan kanssa Saurya Dasem Lethbridgen yliopistosta Kanadasta, esitelty artikkelissa, joka julkaistiin vuonna 2015 Physics Letters B:ssä, mallissa, jossa maailmankaikkeudella ei ole alkua eikä loppua, eikä siksi ole singulaarisuutta.

Molemmat fyysikot inspiroituivat työstään. David Bohm 50-luvulta lähtien. Hän pohti mahdollisuutta korvata yleisestä suhteellisuusteoriasta tunnetut geodeettiset viivat (lyhyimmät kaksi pistettä yhdistävät viivat) kvanttiradalla. Kirjoituksessaan Farag ja Das sovelsivat näitä Bohmin liikeradat fyysikon vuonna 1950 kehittämään yhtälöön. Amala Kumara Raychaudhurye Kalkutan yliopistosta. Raychaudhuri oli myös Dasin opettaja hänen ollessaan 90. Raychaudhurin yhtälön avulla Ali ja Das saivat kvanttikorjauksen Friedmanin yhtälöjoka puolestaan ​​kuvaa maailmankaikkeuden kehitystä (mukaan lukien alkuräjähdys) yleisen suhteellisuusteorian kontekstissa. Vaikka tämä malli ei ole todellinen kvanttigravitaation teoria, se sisältää sekä kvanttiteorian että yleisen suhteellisuusteorian elementtejä. Farag ja Das odottavat myös tulosten pitävän paikkansa, vaikka täydellinen kvanttigravitaation teoria lopulta muotoillaan.

Farag-Dasin teoria ei ennusta alkuräjähdystä eikä mahtava kolari palata singulaarisuuteen. Faragin ja Dasin käyttämät kvanttiradat eivät koskaan liity toisiinsa eivätkä siksi muodosta yksittäistä pistettä. Kosmologisesta näkökulmasta, tutkijat selittävät, kvanttikorjauksia voidaan pitää kosmologisena vakiona, eikä pimeää energiaa tarvitse ottaa käyttöön. Kosmologinen vakio johtaa siihen, että Einsteinin yhtälöiden ratkaisu voi olla äärellisen kokoinen ja äärettömän ikäinen maailma.

Tämä ei ole viime aikojen ainoa teoria, joka horjuttaa alkuräjähdyksen käsitystä. On esimerkiksi hypoteeseja, että kun aika ja tila ilmestyivät, se sai alkunsa ja toinen universumijossa aika virtaa taaksepäin. Tämän vision esittää kansainvälinen fyysikkojen ryhmä, joka koostuu: Tim Kozlowski New Brunswickin yliopistosta, Flavio Markets Teoreettisen fysiikan instituutin ympärysmitta ja Julian Barbour. Alkuräjähdyksen aikana muodostuneiden kahden maailmankaikkeuden pitäisi tässä teoriassa olla peilikuvia itsestään (3), joten heillä on erilaiset fysiikan lait ja erilainen ajattelutapa. Ehkä ne tunkeutuvat toisiinsa. Se, kulkeeko aika eteenpäin vai taaksepäin, määrittää kontrastin korkean ja matalan entropian välillä.

Puolestaan ​​toisen uuden ehdotuksen kirjoittaja kaiken mallina, Wun-Ji Shu National Taiwan Universitystä, kuvaa aikaa ja tilaa ei erillisinä, vaan läheisesti toisiinsa liittyvinä asioina, jotka voivat muuttua toisiksi. Valon nopeus ja gravitaatiovakio eivät ole muuttumattomia tässä mallissa, vaan ne ovat tekijöitä ajan ja massan muuttumisessa kooksi ja avaruuteen universumin laajeneessa. Shu-teoriaa, kuten monia muitakin akateemisen maailman käsitteitä, voidaan tietysti pitää fantasiana, mutta laajenevan universumin malli, jossa on 68 % pimeää energiaa, on myös ongelmallinen. Jotkut huomauttavat, että tämän teorian avulla tutkijat "korvasivat maton alle" energian säilymisen fyysisen lain. Taiwanin teoria ei riko energiansäästön periaatteita, mutta siinä puolestaan ​​on ongelma mikroaaltotaustasäteilyssä, jota pidetään alkuräjähdyksen jäännöksenä. Jotain jotain varten.

Et näe pimeyttä ja kaikkea

Kunniaehdokkaat pimeä aine erä. Heikosti vuorovaikutuksessa massiiviset hiukkaset, voimakkaasti vuorovaikuttavat massiiviset hiukkaset, steriilit neutriinot, neutriinot, aksionit - nämä ovat vain muutamia ratkaisuja maailmankaikkeuden "näkymättömän" aineen mysteeriin, joita teoreetikot ovat tähän mennessä ehdottaneet.

Vuosikymmenten ajan suosituimmat ehdokkaat ovat olleet hypoteettisia, raskaita (kymmenkertaa raskaampia kuin protoni), heikosti vuorovaikutuksessa hiukkasia, joita kutsutaan WIMP:iksi. Niiden oletettiin olevan aktiivisia universumin olemassaolon alkuvaiheessa, mutta kun se jäähtyi ja hiukkaset hajosivat, niiden vuorovaikutus hiipui. Laskelmat osoittivat, että WIMP:iden kokonaismassan olisi pitänyt olla viisi kertaa suurempi kuin tavallisen aineen, mikä on täsmälleen yhtä paljon kuin pimeää ainetta on arvioitu.

WIMP:istä ei kuitenkaan löytynyt jälkiä. Joten nyt on suositumpaa puhua etsimisestä steriilejä neutriinoja, hypoteettiset pimeän aineen hiukkaset, joilla on nolla sähkövaraus ja hyvin pieni massa. Joskus steriilejä neutriinoja pidetään neljännen sukupolven neutriinoina (yhdessä elektroni-, muoni- ja tau-neutriinojen kanssa). Sen ominaispiirre on, että se on vuorovaikutuksessa aineen kanssa vain painovoiman vaikutuksesta. Merkitään symbolilla ν_s.

Neutriinovärähtelyt voisivat teoriassa tehdä myonineutriinoista steriilejä, mikä vähentäisi niiden määrää ilmaisimessa. Tämä on erityisen todennäköistä sen jälkeen, kun neutriinosäde on kulkenut tiheän aineen alueen, kuten Maan ytimen, läpi. Siksi IceCube-ilmaisinta etelänavalla käytettiin tarkkailemaan pohjoiselta pallonpuoliskolta tulevia neutriinoja energia-alueella 320 GeV - 20 TeV, jossa odotettiin voimakasta signaalia steriilien neutriinojen läsnä ollessa. Valitettavasti havaittujen tapahtumien tietojen analysointi mahdollisti steriilien neutriinojen olemassaolon sulkemisen pois parametriavaruuden saavutettavalla alueella, ns. 99% luottamustaso.

Heinäkuussa 2016 kahdenkymmenen kuukauden kokeilun jälkeen Large Underground Xenon (LUX) -ilmaisimen kanssa tiedemiehillä ei ollut muuta sanottavaa kuin että… he eivät löytäneet mitään. Vastaavasti kansainvälisen avaruusaseman laboratorion tutkijat ja CERNin fyysikot, jotka luottivat pimeän aineen tuotantoon Suuren hadronitörmäyttimen toisessa osassa, eivät sano mitään pimeästä aineesta.

Meidän on siis katsottava pidemmälle. Tiedemiehet sanovat, että ehkä pimeä aine on jotain täysin erilaista kuin WIMP:t ja neutriinot tai mikä tahansa, ja he rakentavat LUX-ZEPLINiä, uutta ilmaisinta, jonka pitäisi olla seitsemänkymmentä kertaa herkempi kuin nykyinen.

Tiede epäilee, onko sellaista asiaa kuin pimeä aine, ja kuitenkin tähtitieteilijät havaitsivat hiljattain galaksin, jonka massasta huolimatta Linnunradan massa on 99,99 % pimeää ainetta. Tietoja löydöstä toimitti observatorio V.M. Keka. Tässä on kyse galaksi sudenkorento 44 (Sudenkorento 44). Sen olemassaolo vahvistettiin vasta viime vuonna, kun Dragonfly Telephoto Array havaitsi taivaanpilkun Berenikiksen tähdistössä. Kävi ilmi, että galaksi sisältää paljon enemmän kuin miltä näyttää ensi silmäyksellä. Koska siinä on vähän tähtiä, se hajoaisi nopeasti, jos jokin mystinen asia ei auttaisi pitämään koossa esineitä, joista se koostuu. Pimeä aine?

Mallintaminen?

hypoteesi Universumi hologramminahuolimatta siitä, että sitä harjoittavat vakavasti tieteellisesti tutkitut ihmiset, sitä kohdellaan edelleen sumuisena alueena tieteen rajalla. Ehkä siksi, että myös tiedemiehet ovat ihmisiä, ja heidän on vaikea hyväksyä tutkimuksen henkisiä seurauksia tässä suhteessa. Juan Maldacenaalkaen merkkijonoteoriasta, hän esitti vision universumista, jossa yhdeksänulotteisessa avaruudessa värähtelevät kielet luovat todellisuutemme, joka on vain hologrammi - projektio litteästä maailmasta ilman painovoimaa..

Itävaltalaisten tutkijoiden vuonna 2015 julkaiseman tutkimuksen tulokset osoittavat, että maailmankaikkeus tarvitsee vähemmän ulottuvuuksia kuin odotettiin. XNUMXD-universumi voi olla vain XNUMXD-tietorakenne kosmologisella horisontilla. Tutkijat vertaavat sitä luottokorteista löytyviin hologrammeihin – ne ovat itse asiassa kaksiulotteisia, vaikka näemme ne kolmiulotteisina. Mukaan Daniela Grumillera Wienin teknillisessä yliopistossa universumimme on melko tasainen ja sillä on positiivinen kaarevuus. Grumiller selitti Physical Review Lettersissä, että jos kvanttipainovoima tasaisessa avaruudessa voidaan kuvata holografisesti standardinmukaisella kvanttiteorialla, täytyy olla myös fyysisiä suureita, jotka voidaan laskea molemmissa teorioissa, ja tulosten on vastattava. Erityisesti yhden kvanttimekaniikan keskeisen piirteen, kvanttiketujumisen, pitäisi näkyä painovoimateoriassa.

Jotkut menevät pidemmälle, eivät puhu holografisesta projektiosta, vaan jopa siitä tietokonemallinnus. Kaksi vuotta sitten kuuluisa astrofyysikko, Nobel-palkinnon voittaja, George Smoot, esitti argumentteja siitä, että ihmiskunta elää tällaisessa tietokonesimulaatiossa. Hänen mukaansa tämä on mahdollista esimerkiksi tietokonepelien kehityksen ansiosta, jotka muodostavat teoriassa virtuaalitodellisuuden ytimen. Luovatko ihmiset koskaan realistisia simulaatioita? Vastaus on kyllä", hän sanoi haastattelussa. ”On selvää, että tässä asiassa on edistytty merkittävästi. Katsokaapa ensimmäistä "Pongia" ja tänään tehtyjä pelejä. Vuoden 2045 tienoilla voimme hyvin pian siirtää ajatuksemme tietokoneisiin.

Universumi holografisena projektiona

Koska voimme jo kartoittaa tiettyjä aivojen hermosoluja magneettikuvauksen avulla, tämän tekniikan käyttämisen muihin tarkoituksiin ei pitäisi olla ongelma. Silloin virtuaalitodellisuus voi toimia, mikä mahdollistaa yhteydenpidon tuhansien ihmisten kanssa ja tarjoaa eräänlaisen aivostimuloinnin. Tämä on saattanut tapahtua aiemmin, Smoot sanoo, ja maailmamme on kehittynyt virtuaalisten simulaatioiden verkosto. Lisäksi se voi tapahtua äärettömän monta kertaa! Joten voimme elää simulaatiossa, joka on toisessa simulaatiossa, joka sisältyy toiseen simulaatioon, joka on... ja niin edelleen loputtomiin.

Valitettavasti maailmaa ja vielä enemmän universumia ei anneta meille lautasella. Pikemminkin me itse olemme osa, hyvin pieniä, ruokia, joita, kuten jotkut hypoteesit osoittavat, ei ehkä ole valmistettu meille.

Tuleeko se pieni osa universumista, jonka me - ainakin materialistisessa mielessä - koskaan tuntemaan koko rakenteen? Olemmeko tarpeeksi älykkäitä ymmärtämään ja ymmärtämään maailmankaikkeuden mysteerin? Luultavasti ei. Jos päätämme kuitenkin joskus epäonnistua, olisi vaikea olla huomaamatta, että tämä olisi myös tietyssä mielessä eräänlainen lopullinen näkemys kaiken luonteesta...