Може ли Вселената да бъде безкрайна? Реална ли е Вселената? Колко безкрайна е Вселената?
Показана е възможността да се избегне сингулярността на Големия взрив и следователно да се гарантира вечността на Вселената не само в бъдещето, но и в миналото. Реалността на вечността на Вселената се потвърждава от резултатите от наблюденията на далечни свръхнови и се основава на отчитането на космологичното време в референтна система, която не е съпътстваща материята, в която според хипотезата на Уейл галактиките от разширяващата се Вселена са квазистационарни.
Вечна ли е Вселената?
Показана е възможността да се избегне сингулярността на Големия взрив на Вселената в общата теория на относителността и по този начин – възможността да се гарантира вечността на Вселената не само в бъдещето, но и в миналото. Реалността на вечността на Вселената се потвърждава от резултатите от наблюденията на далечни свръхнови и се основава на отчитането на космологичното време в отправна система, която не се движи съвместно с материята, в която според хипотезата на Вейл галактиките на разширяващата се Вселена са квазиподвижни.
Въведение
1. Анализ на изследвания и публикации.
2. Постановка на проблема.
3. За невъзможността за директно отчитане на космологичното време в FR на човешкия свят.
4. Избор и проверка на космологичната референтна система за време.
5. Обосновка на резултатите от астрономическите наблюдения на свръхновите.
Есе
Космогоничните въпроси за „вечността” и „безкрайността” на Вселената вълнуват умовете на философи и астрономи (астролози) от древни времена. Призиви към тях могат да бъдат намерени в древните индийски „Веди“, „Махабхарата“, „Авеста“ и в произведенията на древни автори. Най-важна роля в историята на философията и космологията изиграха „антиномиите“, формулирани от Кант в основния му труд „Критика на чистия разум“:
Теза.Светът има начало във времето и също е ограничен в пространството.
Антитеза.Светът няма начало във времето и граници в пространството; той е безкраен както във времето, така и в пространството.
Нестационарните решения на уравненията на гравитационното поле на общата теория на относителността (ОТО), открити от Фридман, както и хипотезата за Големия взрив на Вселената, представена от Гамов, изглежда „изместиха везните“ в полза на крайна „възраст“ на Вселената. Освен това изместването на дължините на вълните на радиация от далечни галактики към червената област на спектъра, открито от астрономите, и линейната зависимост на скоростта на разстоянието на галактиките от разширяващата се Вселена, установена от Хъбъл, от разстоянието до наблюдателя , изглежда също потвърждаваше това. Въпреки това незабавно възникнаха фундаментално неотговорими философски въпроси: „Какво се случи преди този Голям взрив?“ и „Какво беше пространството, първоначално компресирано в точка, разположена в и сега се разширява?“
Анализ на изследвания и публикации
Много философи, както в чужбина, така и в СССР, се занимават с философските проблеми на пространството и времето. Особено забележителни са виенските и берлинските кръгове на така наречените „аналитични философи“, които твърде грубо са класифицирани изцяло в отдела на „неопозитивизма“. Това са представители на „левите“ (Шлик, Нойрат и др.) и „десните“ (Крафт и др.) крила, както и „центристите“ (Карнат, Райхенбах). Едно от най-задълбочените изследвания на философските проблеми на пространството и времето, което не е загубило своята актуалност и сега (особено по отношение на топологичните свойства на пространството и времето), е изследването на Райхенбах.
В трудовете са представени резултатите от обобщаването на изследванията по въпросите на „вечността” и „безкрайността” на Вселената. Всички те обаче се основават предимно на теорията за Големия взрив на Вселената. Сред оригиналните идеи, развиващи теорията за Големия взрив, заслужава да се отбележи хипотезата за колебателен режим на приближаване до сингулярна точка (космологична сингулярност), както и космологичните модели на Нефридман със затворено световно време. Тези модели обаче водят до отклонение от принципа на причинно-следствената връзка и до нарушаване на аксиомите на времевия ред.
От алтернативните теории най-голямо внимание заслужава теорията на Голд–Бонди–Хойл, според която непрекъснатото генериране на материя се извършва близо до хоризонта на видимост на всяко астрономическо тяло. Ако под „възникване на материя“ имаме предвид само „актуализацията“ на виртуалното състояние на елементарните частици (преходът на физическия вакуум от хаотично възбудено състояние, в което той съдържа само плътно „опаковани“ виртуални проточастици) и разгледаме този процес не в космологично време, а в правилно време всяко астрономическо тяло, тогава това формално ще съответства на еволюционния процес на разширяване на Вселената, разглеждан и обоснован тук. Всъщност, в съответствие с този процес, с всяко събитие, настъпило в непосредствена близост до наблюдателя, само безкрайно далечното космологично минало на Вселената винаги е едновременно според неговия часовник на хоризонта на видимост. И това се дължи на неспазването в собственото време на самосвиваща се материя на едновременност в различни точки от собственото пространство на събития, които са едновременни в космологичното време.
Сред резултатите от астрономическите изследвания, които допринасят за решаването на изследвания проблем, трябва да се отбележи, че свръхнови с умерено и изключително високо червено отместване имат по-слаб емисионен спектър от очакваното на много по-късо разстояние, определено за тях според линейната линия на Хъбъл зависимост. Този резултат принуди астрономите и астрофизиците да преминат от концепцията за забавящо се разширяване към концепцията за ускоряващо се разширяване на Вселената. А това от своя страна доведе до необходимостта от задължително въвеждане на космологичен λ-член, отговорен за „антигравитацията“, в уравненията на гравитационното поле на Общата теория на относителността. При ненулева стойност на космологичната константа λ в твърдата референтна система за пространствени координати и време (SO), съответстваща на решението на Шварцшилд, се появява статичен хоризонт на видимост, на който неправилната (координатна) стойност на скоростта на светлината е нула.
Независимостта на радиуса на този хоризонт от времето показва, че той не може да бъде хоризонт на събитията и следователно не може да съответства на теорията за Големия взрив на Вселената. В този случай гравитационното поле, което принуждава отдалечените астрономически обекти да падат свободно (инерционно) върху видимия хоризонт, но също така им пречи да го достигнат, е фундаментално отстранимо чрез подходящи трансформации на координати и време. И следователно този хоризонт може да се формира само поради неравномерни лоренцови контракции на радиални сегменти в световното пространство и безкрайно голямо лоренцово времево удължаване върху него, което се дължи на самокомпресията в това пространство както на самото астрономическо тяло, така и на свое собствено пространство, твърдо свързано с него.
Произведенията на Поанкаре (така наречената сфера на Поанкаре) и Пенроуз изиграха важна роля във физическото тълкуване на кривината и в конформното тълкуване на безкрайността на пространството и времето. За решаването на разглеждания тук проблем е изключително важно както изследването на Вейл върху калибровъчната инвариантност на човешкия свят към широкомащабни трансформации на пространството, което води до неговата метрична нехомогенност (анизометрия) за материята, така и хипотезата на Вейл за съществуването на не -материя CO, в която галактиките на разширяващата се Вселена са квазистационарни, тогава има само малки особени движения. В този FR на Вейл, вместо феномена на разширяване на Вселената, има феномен, фундаментално ненаблюдаем в FR на материята, на самокомпресия на това вещество в световното пространство (абсолютно пространство на Нютон-Вейл), което е калибровка за света на хората. Теориите за стационарната Вселена на много автори могат да бъдат адаптирани към Weyl FR, поради липсата на феномена на разширяване на Вселената в нея. Въпреки че тези теории се основават на различен (несвързан с калибровъчното постепенно самокомпресиране на материята в космическото пространство) механизъм на еволюционното намаляване на честотата на излъчване, космологичните възрасти на събитията в далечното минало на Вселената, предсказани от някои от тях са по-съвместими с резултатите от астрономическите наблюдения, отколкото възрастите, предсказани от теорията за Голямата експлозия.
Формулиране на проблема
Ковариантността на уравненията на гравитационното поле на Общата теория на относителността по отношение на трансформациите на пространствените координати и времето и, следователно, тяхната независимост от формирането на пространствено-времеви континууми (STC) и съответните SO създават проблеми при избора на тези STC и SO. и тяхната проверка (установяване на съответствието на избраните STCs и SOs с всяка или физическа реалност). В съответствие с това, основната задача, която трябва да бъде решена, за да се получи отговор на въпроса: „Вечна ли е Вселената?“ е търсенето и обосновката на фундаменталния PVC, в чиято референтна космологично време трябва да се брои.
За невъзможността за директно отчитане на космологичното време в FR на човешкия свят
Ако въз основа на антропоцентризма (благодарение на който човечеството в продължение на много хилядолетия вярваше, че Земята е абсолютно неподвижна, а Слънцето и звездите се движат по небето), броим космологичното време в човешкия свят, тогава неизбежно ще стигнем до концепцията за Големия взрив и до крайната възраст на Вселената. Това ще установи възможността за произхода на Вселената „неизвестно къде и в какво“ (от нейното хипотетично „точково“ състояние) и следователно неизбежно ще възникне фундаментално неотговорим философски въпрос: „Какво се случи преди това?“ Освен това ще стигнем до извода, че всички физически процеси, включително еволюционните, в галактиките, отдалечаващи се от нас със скорост на Хъбъл, протичат в космологично време много по-бавно, отколкото на Земята. В крайна сметка в тях се получава релативистично (лоренцианско) забавяне на времето. Следователно директното (без допълнителни трансформации на показанията на часовника) използване на времето, отчитано в FR, съпътстваща материята в света на хората, е неприемливо за определяне на интервалите на космологичното време между събития на далечни обекти на Вселената.
Избор и проверка на космологичната референтна система за време
Разширяването на Вселената, подобно на ежедневното движение на Слънцето по небето, може да се разглежда само като вторично явление, наблюдавано в някои избрани CO - CO от света на хората и е следствие от някакъв първичен процес, протичащ във фундамента CO - CO на физически вакуум, който не е увлечен от движеща се материя. Този фундаментален СО на физическия вакуум е идентичен на СО на Вейл и в него идентични физически процеси протичат с еднаква скорост във всички точки с пренебрежимо малки или еднакви потенциали на фундаментално неотстранимо гравитационно поле. Следователно времето, отчетено в Weyl SO T(r, T) = T i + (T – t i) – Е(r, r b)з/° С, чийто дебит не се различава от дебита на собственото му координатно (астрономическо) време T, броено в FR на материята (в FR на света на хората), може да претендира за ролята на космологично време. Тук: Е(r, r b) – функция, която зависи само от стойностите на фотометричния радиус rв собственото пространство на материята и определяне на взаимната десинхронизация на космологичното време и собственото време на материята в точки в пространството, отдалечени от точката азсинхронизиране на тези времена; з = ° С(λ / 3) 1/2 и ° Сса съответно константата на Хъбъл и константата (собствената стойност) на скоростта на светлината.
За да съответства това твърдение на физическата реалност, трябва да изхождаме от псевдодисипативността на средата на развиващия се („стареещ“) физически вакуум. В съответствие със синергетиката само тогава е осигурена възможността за непрекъсната самоорганизация във физически вакуум на самоподдържащи се автовълнови структурни елементи (виртуални елементарни частици), регистрирани в ядрените изследвания. Фундаментално ненаблюдаемо в FR на материята, еволюционното самосвиване в FR на Weyl на конвергиращи спираловидно-вълнови образувания, съответстващи на елементарни частици материя, е отговорно за непрекъснатото намаляване на размера на материята в световното пространство на FR на Weyl, измерено за света на хората и, следователно, за феномена на разширяване на Вселената в FR на човешкия свят.
Следователно разстоянията между галактиките, квазистационарни в Weyl FR, постепенно се удължават в SR, придружаващ еволюционно самокомпресивната материя, не поради разширяването на космическото пространство до „никъде“, а поради монотонното свиване на материалния стандарт на дължина в Weyl FR. Обусловеността на протичащия в мегасвета процес от процесите, протичащи в микросвета, е в добро съответствие с наличието на множество съответствия в отношенията между атомни, гравитационни и космологични характеристики – „големи числа” на Едингтън–Дирак. В същото време тя гарантира вечното съществуване на Вселената, както в миналото, така и в бъдещето, и не противоречи на съвременните физически концепции.
Подобно калиброво (за собствения си наблюдател) самокомпресиране на материята, което се проявява в релативистично намаляване на размера на движещо се тяло, за първи път беше признато за физически реално в специалната теория на относителността. В общата теория на относителността се причинява от влиянието на гравитационното поле върху материята и може да бъде доста значително по време на релативистичен гравитационен колапс. Ако обаче, когато дадено вещество се движи по силовите линии на гравитационното поле, неговата калибровъчна самодеформация се случва в световното пространство, тогава защо не е възможно, когато тялото се „движи“ само във времето? Наистина, благодарение на обединяването на пространството и времето в едно PVK (четириизмерно пространство-време на Минковски), координатното време в общата теория на относителността е еквивалентно на пространствените координати.
По този начин, ако изхождаме от познаваемостта на не само наблюдаеми, но и фундаментално скрити от наблюдение (калибровка) физически процеси, тогава проблемът за избора между антропоцентричната FR, съответстваща на Големия взрив на Вселената, и FR на Weyl, съответстваща към еволюционния процес на калибровъчно самокомпресиране на материята в световното пространство, може да се реши в полза на последното (тъй като не поставя фундаментално неразрешими въпроси по пътя към познаването на природата и следователно е епистемологично по-приемливо) .
Обосновка на резултатите от астрономически наблюдения на свръхнови
В рамките на хоризонта на видимост на собственото метрично пространство на еволюционно самосвиващо се тяло в FR на Weyl се съдържа цялото безкрайно пространство на FR на Weyl, така че поради хоризонта на видимост не могат да се появят никакви астрономически обекти, нито могат ли да се скрият зад него. С всяко събитие (където и когато и да се случи) на хоризонта на видимостта винаги е едновременно безкрайно далечното минало. Следователно видимият хоризонт на собственото пространство на всяко астрономическо тяло, установен от уравненията на гравитационното поле, всъщност е псевдохоризонт на миналото. Поради както неподвижността на хоризонта на видимост в собственото метрично пространство на всяко астрономическо тяло, така и неизменността (с постоянен гравитационен радиус r g = конст(T) тяло) неговия фотометричен радиус r cОтдръпването на далечни галактики от наблюдателя не може да се разглежда буквално като разширяване на Вселената в това пространство. Тези галактики свободно „падат“ върху фиксирания хоризонт на видимост, но никога не могат да го достигнат, поради принадлежността му само към безкрайно далечното космологично минало. Поради това по-високата концентрация на астрономически обекти в близост до хоризонта на видимост и ограничеността на собственото пространство на физическото тяло не се откриват в процеса на астрономически наблюдения. Това се дължи на определянето на разстоянията до далечни звезди директно от тяхната концентрация в определен телесен ъгъл, въз основа на предположението за равномерното им разпределение в пространството, както и от тяхната светимост. L ν(Φ ν , r A, r i), оценен от броя на енергийните кванти в потока Φ ν , въз основа на предположението, че тяхната светимост е изотропна. Това обаче е вярно само за евклидовото пространство на CO Weyl, а не за правилното пространство на материята, което има кривина. И следователно в процеса на всякакви наблюдения се определя нефотометрично радиално разстояние r Aкъм отдалечен обект Ав крайно неевклидово собствено пространство на тялото, от точката азкойто се наблюдава. Всъщност се определя непрекъснато пренормируемото радиално разстояние до обекта Ав безкрайното евклидово пространство на Weyl SO:
Р А* = R A R i "* / R i = R A r i / R i " =
= r A(° С – Хр и) / (° С – HR А) ≈ r A(r c – r i) / (r c – r A) >> r A ,
къде r i >> r g : r c ≈ ° С/з. Това е разстоянието до обекта Асе извършва в момента на космологичното време, в който обектът Аизлъчвана радиация. Определя се с помощта на метрична скала, калибрирана спрямо реалния стандарт на дължина на наблюдателя, но не в момента на излъчване, а в момента на записване на радиацията в точката аз (R i "* = r i). Следователно разстоянията Р А*, определена от осветеността при максимална яркост на свръхнови с умерено (0,3 z z > 1) високи стойности на отклонение z = Δλ ° С / аз азλ ° С ≈ HR А*/° Сдължина на вълната на излъчване λ св червената област на спектъра, значително надвишавайки фотометричните разстояния на Хъбъл r A ≈ vAH / зкъм тези свръхнови в собственото пространство на наблюдателя. И следователно „несъответствието“ в зависимостта на Хъбъл от разстоянията до свръхнови с умерено и изключително високи дълги вълнови измествания в радиационния спектър по никакъв начин не е причинено от постепенното увеличаване на стойността на константата на Хъбъл, предвидена от „ хипотеза за ускоряване на разширяването на Вселената. Това само потвърждава валидността на отчитането на космологичното време в Weyl SO.
В допълнение, поради неспазването на едновременност в правилното време на субстанцията на събития с еднаква космологична възраст, ако стойността на константата на Хъбъл в космологичното време е нестабилна, нейната стойност би била неравна в различни точки на пространството при същият момент от собственото време на всеки астрономически обект в разширяващата се Вселена. Това, както може да се очаква, отсъства от астрономическите наблюдения. Въпреки това, въпреки строго експоненциалното ускорение на разширяването на Вселената, „антигравитацията“, причинена от самокомпресията на материята в Weyl FR, със сигурност присъства в собствената FR на всяко астрономическо тяло. В този случай космологичната константа на уравненията на гравитационното поле се определя еднозначно от константата на Хъбъл, чиято стойност е постоянна не само в пространството, но и във времето.
Наблюдава се в точка азнамаляване на честотата j i ν cАизточник на радиация А, условно неподвижен в световното пространство на CO Weyl и движещ се в точката йв собствения CO на наблюдателя със скоростта на Хъбъл, се определя чрез пренебрегване на слабата сила на собственото му гравитационно поле върху излъчващата повърхност на източника, както следва:
йазβ ν
А = j i ν cА / i i ν c = 1/(1 + z) =
= експ[з(T j – T i)] ≈ 1 – HRА / ° С ≈ (1 + HRА*/° С) –1 ,
Където: r A = r j, r g r i r j r c. Абсолютно същата зависимост от преместване zемисионен спектър на далечен астрономически обект върху продължителността на космологичното време Δ T = T i – T jразпространението на това лъчение към наблюдателя също се среща в повечето теории за стационарната Вселена. Статистическият анализ на резултатите от наблюденията на свръхнови, извършен в работата, потвърждава доброто съответствие на тази зависимост с резултатите от наблюденията на свръхнови.
Ако разстоянието до източника на радиация не е твърде голямо, това намаление се различава малко от псевдодоплеровото намаляване на честотата, което не отчита физическата хетерогенност на собственото пространство на наблюдателя, свързана с феномена на разширяването на Вселената ( тази хетерогенност се крие в хетерогенността на това, което се наблюдава от точката азнеправилни стойности на скоростта на светлината j i ν cв други точки в това пространство). На големи разстояния влиянието върху него на физическата хетерогенност на собственото пространство на наблюдателя е много значително. Следователно псевдодоплеровата стойност на скоростта на премахване на обектите в разширяващата се Вселена, нормализирана към скоростта на светлината, използвана в космологията, е леко надценена в сравнение с истинската й стойност
йазν А.Х. / j i ν c ≈ HRА / ° С ≈ HRА* / (° С + HRА*).
Въпреки това, тя е значително по-малка от нейната стойност на псевдо Хъбъл
йазvА.П.Х. / j i v c ≈ HRА* / ° С >> HR 7 / ° С.
В съответствие с това, когато се използва псевдодоплеровото изместване на честотата на излъчване (което не отчита физическата нехомогенност на собственото пространство на еволюционното самосвиваемо тяло, в FR, на което се извършва наблюдението), разстоянието също се определя стойност, която е по-близка до непрекъснато пренормализираната стойност на разстоянието в световното пространство на Weyl FR, а не до фотометричната стойност на разстоянията в собственото пространство на наблюдателя.
заключения
Епистемологичният подход към формирането на FR в Общата теория на относителността и проверката на тези FR, които тя дефинира, разгледани тук, ни позволява да избягаме от установяването на физическата реалност на такова псевдосъбитие като Големия взрив на Вселената. Космологичната сингулярност на Общата теория на относителността съответства на безкрайно далечното космологично минало на Вселената и следователно всъщност не е физически осъзната. Процесът на разширяване на вечната Вселена е безкрайно дълъг еволюционен процес, който няма нито начало, нито край. Този процес се дължи на еволюционната променливост на свойствата на физическия вакуум и непрекъснатото „адаптиране“ на елементарните частици материя към постоянно актуализираните условия на тяхното взаимодействие. Всичко това е в добро съгласие както с общата теория на относителността и синергетиката, така и с резултатите от астрономическите наблюдения.
Източници на информация:
- Кант I. Съчинения в шест тома, т. 3.
- Фридман А.А. За кривината на пространството // UFN, 1967, том 93, № 2, стр. 280.
- Акчурин И.А. Методологичен анализ на концепциите на Райхенбах за пространство и време // Г. Райхенбах. Философия на пространството и времето - М.: Прогрес, 1985. - С. 323...334.
- Райхенбах Г. Философия на пространството и времето. – М.: Прогрес, 1985. – 313 с.
- Мелюхин С.Т. Проблемът за крайно и безкрайно. – М.: Госполитиздат, 1958. – 262 с.
- Мостепаненко А.М. Пространство и време в макро-, мега- и микросвета. – М.: Политиздат, 1974. – 240 с.
- Чудинов Е.М. Теория на относителността и философия. – М.: Политиздат, 1974. – 304 с.
- Турсунов А. Философия и съвременна космология. – М.: Политиздат, 1977. – 191 с.
- Кармин А.С. Познание за безкрайното. – М.: Мисъл, 1981. – 214 с.
- Белински В.А., Лифшиц Е.М., Халатников И.М. Осцилаторен режим на приближаване до особена точка в релативистката космология // UFN, 1970, т. 102, № 3.
- Withrow JJ Естествена философия на времето. – М., 1964.
- Иваненко Д.Д. Уместност на теорията на гравитацията на Айнщайн // Проблеми на физиката: класика и модерност / изд. Г.-Й. Търговец - М.: Мир, 1982. С. 127...154.
- Бонди Х. Космология. – Кеймбридж, 2-ро издание, 1960 г.
- Данилченко П.И. Основи на калибровъчно-еволюционната теория на Вселената (пространство, време, гравитация и разширение на Вселената). – Виница, 1994. – 78 с.; . Електронно издание, 2005 г.
- Данилченко П.И. За възможностите за физическа нереализируемост на космологичните и гравитационните сингулярности в общата теория на относителността // Калибровъчно-еволюционна интерпретация на специалните и общите теории на относителността. – Виница: О. Власюк, 2004. – С. 35...81.
- Данилченко П.И. Пространство-време: физическа същност и заблуди // Sententiae, специален брой No 3, Философия и космология. – Виница: УНИВЕРСУМ-Виница, 2004. – С. 47...55.
- Данилченко П.И. Епистемологичен подход към формирането на референтни системи в общата теория на относителността // Сборник с материали от научно-практическия семинар „Проблеми на проверката в изборния процес“. – Керч, 2004. – С. 56...61.
- Perlmutter S. et al. Измервания на Омега и Ламбда от 42 свръхнови с високо червено отместване // Astrophys. Ж. – 1999, в. 517, – С. 565...586.
- Данилченко П.И. Физическата същност на сингулярностите в решението на Шварцшилд на уравненията на гравитационното поле на GTR // Sententiae, специален брой № 1, Философия и космология. – Виница: УНИВЕРСУМ-Виница, 2005. – С. 95...104.
- Поанкаре А. За науката. – М.: Наука, 1983. – С. 5...152.
- Сойер У. Прелюдия към математиката. – М.: Образование, 1972. – С. 72...75.
- Пенроуз Р. Конформна интерпретация на безкрайността // Гравитация и топология. Актуални проблеми / ред. Д. Иваненко. – М.: Мир, 1966. – С. 152...181.
- Пенроуз Р. Структурата на пространство-времето. – М.: Мир, 1972. – С. 183.
- Учияма Р. До какво е стигнала физиката? (От теорията на относителността към теорията на калибровъчните полета). – М.: Знание, 1986. – С. 153...177.
- Weyl H. Raum-Zeit-Materie, 5-то изд. – Берлин, 1923 г.
- Weyl H. Phys. З., 1923, б. 24, С. 230.
- Weyl H. Philos. Маг., 1930, в. 9, стр. 936.
- Мьолер К. Теория на относителността. – М.: Атомиздат, 1975. – С. 400.
- Данилченко П.И. Спирално-вълнова природа на елементарните частици // Сборник с доклади на международната научна конференция “D.D. Иваненко е известен теоретичен физик и учител. (23...24 пролет 2004 г.) - Полтава, 2004. - С. 44...55.
- Dirac P.A.M. Космология и гравитационната константа // Мемоари от една необикновена епоха / изд. Я. Смородински. – М.: Нака, 1990. – С. 178...188.
- Горелик Г.Е. История на релативистката космология и съвпадението на големи числа // Колекция Айнщайн 1982...1983 / изд. И. Кобзарев. – М.: Наука, 1986. – С. 302.
- Riess A. и др. Открития на свръхнови от тип Ia при z>1 от космическия телескоп Хъбъл: Доказателства за миналото забавяне и ограничения върху еволюцията на тъмната енергия // Astrophysical Journal, 2004, v. 607. – С. 665...687.
- Цветков Д.Ю., Павлюк Н.Н., Братунов О.С., Псковски Ю.П.
В самото начало на 2003 г. се появиха първите данни от наблюдения на космическия микровълнов фон, направени от космическата сонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). За първи път много космологични параметри са измерени с необичайно висока точност. Но в рамките на няколко месеца бяха направени първите, най-важни резултати и прогнози, вълнението утихна и любопитството на учените се премести от получените резултати към проблеми, които останаха необяснени.
Наблюдения
Един от тези проблеми са много ниските амплитуди на двата най-ниски мултиполя (сферични хармоници) на CMB: квадруполя и октуполя. Този проблем беше известен и преди, но само в много точни WMAP данни той достигна пълната си степен. Всъщност най-ниският сферичен хармоник е дипол. Той описва поведението на реликвата в ъглови мащаби, равни на 180 o: в едното полукълбо на небесната сфера температурата и яркостта на микровълновия фон са по-високи, а в другото - по-ниски. За съжаление, тази хармоника не може да бъде отделена от влиянието на фона на ефекта на Доплер, свързан с движението на наблюдателя. Вторият хармоник (квадрупол) описва разпределението на температурните колебания на реликвата върху ъглови скали от 90 o, а третият хармоник (октупол), съответно, на 60 o (виж фиг. 1). Оказа се, че наблюдаваната квадруполна амплитуда е само 1/7 от нивото, предсказано от теорията, а октуполната амплитуда е 72% (виж фиг. 2). Това отклонение е твърде голямо и трудно може да се обясни със случайни флуктуации в наблюдавания микровълнов космически фон. Някои изследователи започнаха да предлагат въвеждането на „нова физика“, за да обяснят това отклонение (вижте например препринт astro-ph/0306597), други не бяха съгласни с тях. Досега обаче никой не е предложил някакъв физически механизъм, който да доведе до намаляване на амплитудите на двата най-ниски хармоника.
|
Ориз. 2.Спектър на мощността на ъгловите разпределения на флуктуациите на космическото микровълново фоново лъчение по данни на WMAP и някои други експерименти. Амплитудата на флуктуациите се нанася вертикално, числата на хармониците (започвайки от л =2) или ъглови скали. Черните точки са данни от наблюдения, червената линия са прогнози на теоретичния модел за плоска Вселена, които най-добре съответстват на наблюденията, сивата лента е приемливата грешка на теоретичните прогнози. Стойностите на двата най-ниски хармоника са твърде ниски и са показани в зелено. Ниска амплитуда само на един октупол ( л =3) не е достатъчно значим, но заедно с много нискостойността на втория хармоник те се превръщат във важен наблюдателен факт. |
Топология
Много лесно е да си представим обратната ситуация, когато размерът на видимата част от Вселената е по-малък от първоначалната цифра. В този случай картината, която наблюдаваме, няма да се различава от това, което бихме видели в една безкрайна Вселена с проста топология (тази разлика може да се появи в по-късни моменти, в космологични мащаби).
Всъщност всичко е по-сложно. Когато наблюдаваме други галактики, ние гледаме не само в далечината, но и в миналото. Това се дължи на ограничеността на скоростта на светлината. Ако размерът на нашата Вселена беше няколко мегапарсека, светлината от копия на нашата Галактика щеше да ни достигне след няколко милиона години, през което време галактиката не се променя твърде много и ние бихме могли да се „разпознаем“ в тези „отражения“ и може би дори се е опитал да намери слънчевата система в тях. Ако увеличите размера на първоначалния свят до стотици хиляди светлинни години, такава идентификация става трудна и ние просто няма да можем да разпознаем Млечния път 2-3 милиарда години пр.н.е. Въпреки това, всички търсения на периодични структури с размери от 1000 мегапарсека и по-малко, които са извършени през последните 10-20 години, не са дали положителен резултат. Това означава, че дори нашата Вселена да има ограничен обем, нейните размери са много големи; ако видим себе си, то е в толкова далечно минало, че всяка идентификация със съвременните обекти става почти невъзможна.
Космология
Какви прогнози прави додекаедричният модел на Вселената и как те се сравняват с наблюденията?
В този модел пространството трябва да има положителна кривина (да бъде затворено) и да има строго определена стойност на отношението на средната плътност към критичната плътност $\Omega\simeq1.013$ (тази стойност е математическа константа, която може да бъде изчислена с произволен брой десетични знаци). И тази стойност попада в допустимите граници! WMAP данните дават $\Omega=1.02\pm0.02$.
Как работи такава Вселена?
За космологичен модел с $\Omega=1.013$, радиусът на хоризонта ще бъде 38% от радиуса на кривината на Вселената ( Р ), а границите на додекаедъра ще лежат в диапазона от 31% Р (центрове на лица) до 39% Р (върхове) от центъра му. Обемът на такъв полиедър ще бъде 83% от обема на сферата на хоризонта. Съотношението на размерите на додекаедъра към радиуса на кривината остава постоянно, тъй като с разширяването на Вселената тези количества се променят пропорционално едно на друго. Хоризонтът на Вселената се държи различно. Неговото поведение зависи от закона за разширение; това е описано по-подробно в (и връзките, дадени в него).
Петна по небето
Сложната топология на нашата Вселена ще се прояви в наблюденията само ако размерите на хоризонта надвишават размерите на оригиналния полиедър и участъци от неговите копия поне частично попадат в областта на Вселената, която е достъпна за нас. Ако първоначалната фигура надхвърля хоризонта по размер, наблюдаваната картина няма да се различава от външния вид на безкрайната Вселена. Това твърдение е показано схематично на фиг. 12.
За посочения по-горе размер на хоризонта (0,38 Р ) наличието на копия на Вселената ще се прояви под формата на шест двойки кръгове с диаметър 70 o, разположени в противоположни посоки на небесната сфера. Те се образуват, когато сферата на последното разсейване пресича лицата на додекаедъра. Според данните на WMAP последната сфера на разсейване (граница на рекомбинация) се намира при средното червено отместване z=1089$\pm$1, т.е. малко по-малко от хоризонта. Температурата на космическото микровълново фоново излъчване във всеки от кръговете на такава двойка ще се различава по същия начин от средната си стойност, т.к. Радиацията, записана от кръговете, се излъчва от региони на Вселената, пълни със същото вещество (виж фиг. 13).
Теоретични аспекти
Фактът, че нашата Вселена може да се окаже затворена, повдига определени въпроси и преди, което днес успешно обяснява повечето от свойствата на Вселената около нас. Няма пълна яснота по този проблем (инфлацията в затворена Вселена), но изглежда, че космолозите са готови да го решат.
Заключение
Как да потвърдите или опровергаете модела, описан в тази статия? Той предвижда две последствия, които могат да бъдат тествани експериментално и в близко бъдеще:
- Вселената трябва да бъде затворена с $\Omega=1.013$;
- В небето трябва да се наблюдават 6 двойки кръгове с диаметър 70 o (центровете на които съответстват на средните точки на лицата на правилен додекаедър), разпределението на смущенията на CMB в които трябва да корелира по двойки един с друг.
И, разбира се, остава възможността да се намерят съвсем различни обяснения за фактите, представени в началото на тази статия. (Това може да се очаква, тъй като индикациите в полза на точно такаИма много малко топологично сложни модели на Вселената. Засега това са само ниските амплитуди на първите два хармоника от мощностния спектър на космическото микровълново фоново излъчване. Това е достатъчно, за да започне обсъждането на този модел, но са необходими допълнителни аргументи, за да се убеди научната общност в неговата „сериозност“.)
М. Е. Прохоров САИШ, Москва
Коментари (12):
Добра статия.
Има много за размисъл.
Тук в началото на раздела
Топология
се споменава изграждането на безкрайно евклидово пространство с краен обем. С такива конструкции трябва да се работи много внимателно. внимателно.
Именно при такива предположения софистиченефекти, които водят мисълта до задънена улица. В тази схема такива нецензурни думи се използват в завоалирана форма. абстракция като Null_space (нека ви напомня, че Null_space е пространство без разширение и време).
Преди около 30 години или дори преди 50 години всички научни и полунаучни списания под една или друга форма обсъждаха свойствата на това материално вещество. А писателите на научна фантастика... на практика го използваха под имената "Zero_jump", "Zero_transition"...
Как изведнъж се оказа, че това вещество има един, но изключително неприятно свойство:
„Появил се“ някъде в околността_контакт с повече_по-малко реална последователност
Null_space неизменно започва да абсорбира тази консистенция и след като я абсорбира, се самоунищожава.
Днес дори писателите на научна фантастика са го изоставили, заменяйки го с червееви дупки или червееви дупки.
Вселената може да има формата не на някаква топка или додекаедър, а... на рог или ковачница. По-точно, целият ни космос се оказва разпънат в нещо като дълга тръба, с тесен край от едната страна и „камбана“ от другата. Тази „конструкция“ на нашата Вселена, наред с други неща, предполага, че тя е ограничена и на някои места има области, където можете да видите задната част на главата си. Може би за „разумните“ хора всичко това ще прозвучи като пълна глупост или мечта на сюрреалист, но изчисленията на математика Франк Щайнер от немския университет в Улм (Universität Ulm) и колегите му се основават на авторитетни експериментални данни, получени през 2003 г. от същия известната сонда WMAP (сондата за микровълнова анизотропия Wilkinson на НАСА).
Новият странен модел е предназначен да обясни две мистериозни обстоятелства, които толкова озадачиха астрофизиците: първо, необичайното естество на разпределението на „горещи“ и „студени“ петна в космическото микровълново лъчение, и второ, „заглушаването“ на сигнала при големи мащаби (отсъствието на каквито и да е или ясно изразени "горещи" или "студени" петна под ъгли, по-големи от около 60 градуса). Настоящият обем на Вселената според Щайнер е около 10 32 кубични светлинни години. Когато Вселената е била само на 380 хиляди години, тя е била толкова малка, че достатъчно големи флуктуации просто не са могли да възникнат в нея.
В новия модел, дефиниран от така наречената топология на Пикард, Вселената е извита по много сложен начин. Единият й край е безкрайно удължен, но толкова стеснен, че се получава краен обем. От другата страна "камбаната" се разширява рязко, но в никакъв случай безкрайно и ако летяхме до "подутия" край на космически кораб, тогава в един момент щяхме да се върнем обратно от другата страна на "тръбата" (виж горната снимка). Емил Пикар (1856-1941) е френски математик, който изучава диференциални уравнения, сингулярни точки, асимптотични решения, теория на функциите и др., Между другото, той е чуждестранен член-кореспондент на Санкт Петербургската академия на науките (1895), и чуждестранен почетен член на Академията на науките на СССР (1925).
Моделът с формата на рог беше предложен през 90-те години на миналия век, за да опише правилно аномалии, възникнали от данните от сателита COBE (Cosmic Background Explorer), предшественика на WMAP, но групата на Щайнер беше първата, която показа, че идеята е подходяща и за данните от WMAP. През 2003 г. вече беше представен друг модел, предназначен да съответства на резултатите от WMAP, и според него Вселената също се оказа крайна, но формата на света беше различна (додекаедър, погрешно наричан „футбол топка” в пресата). Други варианти за възможната форма на Вселената са „поничка“ (тороидална форма) или сплескана сфера (предложена преди няколко месеца от учени от американския щат Пенсилвания).
Класическата идея за физическо пространство го дарява с такова фундаментално топологично свойство като свързаност. Физическото пространство - същността на триизмерно свързано многообразие - е обединено с времето в едно четириизмерно пространство-време. Ако сега разгледаме модел на свързано, но не просто свързано пространство-време, тогава е напълно възможно да открием несвързани триизмерни пространствено-подобни секции. Освен това несвързаната секция $M_1$ може да бъде получена от свързаната $M_0$ с помощта на сферично пренареждане и следователно свързаните и несвързаните секции могат да се разглеждат като начално и крайно състояние на някакъв геометродинамичен процес (кобордизъм на Лоренц). По време на този процес 3-геометрията претърпява преход през определено критично състояние $M_(1/2)$, което съответства на нарушение на свързаността на пространствено-подобния участък.
Би било интересно да разберем при какви условия се нарушава връзката на пространствено-подобните участъци или, ако оставим настрана конкретния диференциален топологичен модел, да разберем дали е възможно в хода на някакъв физически процес трите пространственото пространство $M_0$ се разединява. Като си позволяваме свободата на думите, можем да кажем, че нарушаването на свързаността означава отделяне на региона $D_0$ от $M_0.$
По същество това е популярна статия за топологията на Вселената. Lumine е известен като автор на сензационна статия, в която данните за космическото микровълново фоново излъчване са интерпретирани в рамките на модел с нетривиална топология. Този преглед говори за това как изглеждат такива модели, как могат да бъдат проверени с помощта на наличните данни и т.н.
Сегашното състояние на Вселената все още е много слабо разбрано. Въпреки това отговорът на въпроса вероятно вече съществува: Каква е настоящата форма на Вселената? Дългосрочните наблюдения показват, че Вселената има редица физически свойства, които рязко намаляват броя на възможните кандидати за нейната форма.
И едно от основните свойства на топологията на Вселената е нейната кривина. Според приетата в момента концепция приблизително 300 хиляди години след Големия взрив температурата на Вселената е спаднала до ниво, достатъчно за електроните и протоните да се комбинират в първите атоми.
Когато това се случи, радиацията, която първоначално е била разпръсната от заредени частици, внезапно успя да премине безпрепятствено през разширяващата се Вселена. Това лъчение, сега известно като космически микровълнов фон или космически микровълнов фон, е забележително хомогенно и показва само много слаби отклонения (флуктуации) в интензитета от средната стойност. Такава хомогенност може да съществува само във Вселената, чиято кривина е постоянна навсякъде.
Постоянството на кривината означава, че пространството на Вселената има една от трите възможни геометрии: плоска евклидова сферична с положителна кривина или хиперболична с отрицателна.
Още през първата половина на 19 век немският математик Карл Фридрих Гаус се заема да отговори на въпроса: извити ли са траекториите на светлинните лъчи, преминаващи над сферичното пространство на Земята? Оказа се, че в малък (по астрономически стандарти) мащаб Вселената изглежда като Евклидова. Скорошни проучвания, използващи балони на голяма надморска височина, летящи над Антарктика, също подкрепят това заключение.
При измерване на ъгловия спектър на мощност на CMB беше открит пик, който според изследователите може да се обясни само със съществуването на студена черна материя - относително големи, бавно движещи се обекти - точно в Евклидовата Вселена. Тоест учените съвсем уверено твърдят, че пространството на нашата Вселена трябва да бъде задоволително описано от евклидовата геометрия като триизмерно пространство с много малка кривина.
„От общата теория на относителността следва нова идея за Вселената, нова космология. Айнщайн разглежда гравитационните полета на различни тела като кривини на пространство-времето в областите около тези тела... нека вземем четириизмерното пространство-време, т.е. съвкупността от световни линии на всички природни тела. Тези световни линии се огъват по-силно близо до центровете на тежестта. Но нямат ли по принцип някаква обща кривина?...
Айнщайн предполага, че само пространството е изкривено, но времето не е изкривено. Следователно, тръгвайки от дадена географска точка по най-краткия път на пътуване през Вселената, ние ще опишем затворена пространствена траектория и ще се върнем в същата точка в различно време, да речем, в трилионната година от новата ера. д. Това означава, че световното пространство е ограничено (в същия смисъл, в който двуизмерната космическа повърхност на нашата Земя е крайна), а времето е безкрайно. Можем да намерим по аналогия двумерно пространство - повърхност, извита и крайна в едно измерение, но права и безкрайна в друго измерение, такава е повърхността на цилиндър.
Ако начертаем (по най-късия път) линия около цилиндър с безкрайна дължина, ще се върнем в същата точка. Ако начертаем линия по цилиндъра, тя ще бъде права и безкрайна. Въз основа на тази аналогия хипотезата на Айнщайн за извито световно пространство и неизвито време се нарича хипотеза за цилиндричния свят.
През 1922 г. А.А. Фридман предположи, че кривината на световното пространство се променя с времето. Очевидно Вселената се разширява.
Какво означава твърдението за триизмерността на пространството? Как са възникнали съвременните идеи за измерението на пространството във физиката и математиката? Каква роля играе триизмерността на пространството в основните закони на физиката? Книгата е посветена на тези въпроси. Разглеждат се ролята на понятието измерение във физиката на микро- и мегасвета, връзката между различните подходи към понятието измерение и връзката между физика и геометрия. Наред с историята на създаването на съвременните представи за измерението на космоса е разказана дейността на забележителни учени - физици и математици: А. Айнщайн, П. Еренфест, А. Поанкаре, П. С. Урисон и др.
Важен проблем на съвременната диференциална геометрия е изграждането и изследването на примери за конкретни пространства с дадени геометрични свойства. Един от тези проблеми е търсенето на риманови многообразия с дадена холономна група и изследването на техните топологични свойства. Познавайки групата на холономията на многообразието, може да се каже много за неговата кривина - основната характеристика на римановите многообразия; от друга страна, изследването на холономията е технически по-проста задача.
Въпреки че константата на фината структура е въведена от немския теоретичен физик Арнолд Зомерфелд през 1916 г., въпросът дали тя наистина е постоянна остава без отговор днес. „Съдейки по резултатите от нашите измервания, не, не е!“ - казва австралийският физик Джон Уеб, професор в Университета на Нов Южен Уелс в Сидни. Преди десет години група учени, ръководени от него, анализираха, използвайки американския телескоп Кек в Хавай, промените, на които претърпява светлината на далечните квазари, когато преминава през междугалактически газови и прахови облаци, и откриха, че спектрите на поглъщане са малко по-различни от тези предвидено. Този феномен може да има само едно обяснение: преди няколко милиарда години стойността на константата на фината структура е била малко по-малка, отколкото е днес.
Изследванията на границата на топологията и квантовата механика предполагат съществуването на изцяло нова форма на материята.
Още през 1970 г. млад съветски физик направи необичайно предположение. Виталий Ефимов, който в момента работи във Вашингтонския университет (САЩ), показа, че квантовите обекти, които не могат да образуват двойки помежду си, могат да образуват тройки.
През 2006 г. екип от австралийски учени откри първия пример за това така наречено „състояние на Ефимов“ в студен газ, съставен от атоми на цезий.
На пръв поглед това може да изглежда нелогично. В крайна сметка връзките, които държат трио от обекти заедно, са точно същите като тези в двойка. Но в действителност това не е така; има фина, но важна разлика между двете.
За да показвате формули, можете да използвате средата "$$" и \TeX маркиране.
След като Айнщайн до голяма степен е завършил своя експеримент с релативистката теория на гравитацията, той многократно се опитва да изгради върху нея своя модел на Вселената, който мнозина смятат за може би най-важната част от работата му.
Въпреки това уравнението на гравитацията на Айнщайн, със същото допускане за равномерно разпределение на „материята“ („хомогенност и изотропност на пространството“), не предостави облекчение от космологичните парадокси: „Вселената“ се оказа нестабилна и в ред за да предотврати свиването му от гравитацията, Айнщайн не намери нищо по-добро, как, подобно на Зелигер, да вмъкнете друг член в уравнението си - същата универсална така наречена космологична константа. Тази константа изразява хипотетичната сила на отблъскване между звездите. Следователно дори при липса на маси в релативистичния модел на де Ситер се получава постоянна отрицателна кривина на пространство-времето.
При тези условия решаването на гравитационните уравнения даде на Айнщайн краен свят, затворен в себе си поради „кривината на пространството“, като сфера с краен радиус - математически модел под формата на цилиндър, където извитото триизмерно пространство образува повърхността му, а времето е неизвито измерение, минаващо по протежение на образуването на цилиндъра.
Вселената е станала „безгранична“: движейки се по сферична повърхност, е ясно, че е невъзможно да се натъкнете на някаква граница, но въпреки това тя не е безкрайна, а крайна, така че светлината, подобно на Магелан, може да я заобиколи и да се върне от другата страна. По този начин се оказва, че една обсерватория, наблюдаваща през фантастично силен телескоп две различни звезди от противоположните страни на небето, може да се окаже, че вижда една и съща звезда от противоположните й страни и тяхната идентичност може да се установи по някои характеристики на спектъра . Така се оказва, че затвореността на света се оказва достъпна за експериментално наблюдение.
Въз основа на такъв модел се оказва, че обемът на света, както и масата на неговата материя, се оказват равни на точно определена крайна стойност. Радиусът на кривината зависи от количеството "материя" (маса) и нейното разреждане (плътност) във Вселената.
Космолозите започнаха големите изчисления на „радиуса на света“. Според Айнщайн тя се равнява на 2 милиарда светлинни години! Отвъд този радиус, поради общата "кривина на пространството", няма лъчи или тела; не може да излезе.
Тази „модерна идея“ за замяна на безкрайността с безгранично затваряне, където упреците за крайност се смятат за „недоразумение“, защото няма „крайни прави линии“, възниква поне в средата на деветнадесети век, когато е осъществена от Риман 3.
И вече век и половина се обяснява с притча за поучителните ограничения на създанията, плоски като сенки, пълзящи по двуизмерна топка: непознавайки нито височина, нито дълбочина, мъдрите „плоски създания“ откриват с удивление че техният свят няма нито начало, нито край и все още е краен.
На тази основа възниква самият въпрос: какво се крие отвъд границите на затворената вселена? - според позитивисткия обичай те отговарят само със снизходителна ирония - като "безсмислени", защото сферата няма граници.
Що се отнася до фотометричния парадокс на Олберс, статичният модел на Айнщайн не дава дори подобие на резолюция, тъй като светлината трябва да се върти вечно в него.
Противопоставянето на привличане и отблъскване означаваше нестабилността на Вселената: най-малкото натискане - и моделът или щеше да започне да се разширява - и тогава нашият остров от звезди и светлина щеше да се разпръсне в безкрайния океан, светът щеше да бъде опустошен. Или се свиват - в зависимост от това какво надвишава, каква е плътността на материята в света.
През 1922 г. ленинградският математик А. А. Фридман решава уравненията на Айнщайн без космологичен член и установява, че Вселената трябва да се разширява, ако плътността на материята в космоса е по-голяма от 2 x 10 до минус 29 градуса g/cm3. Айнщайн не се съгласява веднага със заключенията на Фридман, но през 1931-1932 г. отбелязва голямото им фундаментално значение. И когато през 20-те години на миналия век де Ситер открива в трудовете на Слайфър индикации за „червено изместване“ в спектрите на спиралните мъглявини, потвърдено от изследванията на Хъбъл, а белгийският астроном Абе Леметр предполага, използвайки Доплер, причината за тяхното разсейване, някои физици, включително Айнщайн, Те видяха в това неочаквано експериментално потвърждение на теорията за „разширяващата се вселена“.
Замяната на безкрайността с „безгранично“ затваряне е софистика. Изразът "кривина на пространство-времето" физически означава промяна в пространството ("кривина") на гравитационното поле; Това пряко или косвено признават и най-големите познавачи на теорията на Айнщайн. Компонентите на метричния тензор или други измерения на "кривината" играят ролята на Нютонови потенциали в него. По този начин „пространството“ тук просто се отнася до вид материя - гравитационно поле.
Това е често срещано объркване на понятията сред позитивистите, което води началото си от Платон, Хюм, Мопертюи, Клифорд и Поанкаре и води до абсурди. Първо, за отделянето на пространството от материята: ако гравитацията не е материя, а само формата на нейното съществуване - „пространство“, тогава се оказва, че „формата на материята“ се простира далеч от „материята“ (както наричат само позитивистите маса) и там се извива и се затваря. Второ, това води до идеята за "пространството" като специална субстанция - в допълнение към материята: "пространството" носи енергия и причинно взаимодейства с материята. Трето, това води до абсурда на „пространството в пространството“ – обичайната двусмисленост сред позитивистите при използването на тази дума: геометрията на „пространството“ се определя от разпределението на материята в пространството – на такова и такова място в пространството („близо до масите“) „пространството“ е извито.
Междувременно „затвореността на Вселената“ на Айнщайн в действителност може да означава затвореността само на нейното индивидуално формиране, което не е нищо необичайно: звездни системи, планети, организми, молекули, атоми и елементарни частици са затворени. Ядрените сили не се простират отвъд областта от 3 x 10 до минус 13 градуса cm, но това пространство е отворено за електромагнитни и гравитационни сили.
Астрономите предполагат съществуването на "черни дупки" - колапсирали звезди с толкова силно гравитационно поле, че не "изпуска" светлина. Може да се предположи, че някъде има граница на разпространението на гравитационните сили, отворена за някои други сили. По подобен начин черната и искряща виелица от галактики, достъпни за нашите телескопи - част от света, която включва познатия ни свят - може да бъде относително затворена.
Ако космолозите ясно разбраха, че говорим за относителната затвореност на някаква част от Вселената, тогава изчисленията на радиуса на тази част нямаше да привлекат толкова развълнувано внимание от страна на мистиците.
При постулиране на различни допълнителни условия в Нютонова, Айнщайнова и други теории за гравитацията се получават много възможни космологични модели. Но всеки от тях, очевидно, описва само някаква ограничена област от Вселената. Колкото и да сме вдъхновени от успехите на познанието, опростено и погрешно е да си представяме целия свят по модела на това, което познаваме – монотонна купчина от едно и също, абсолютизиращо свойствата и закономерностите на отделната му част.
Безкрайността е фундаментално непознаваема чрез крайни средства. Нито космологията, нито която и да е друга от специалните науки може да бъде наука за целия безкраен свят. И в допълнение, такава екстраполация също дава храна за различни мистични спекулации.
Здравият разум диктува, че хората никога няма да знаят със сигурност как се е образувала Вселената. Възникна ли от само себе си? Или някой го е създал? Трудно е да се повярва, че е възможно да се получат точни отговори на други фундаментални въпроси. Безкраен ли е? Или Вселената все още има предимство. И изобщо - какво е това?
Физиците обаче не се смущават от несигурността - те редовно представят на човечеството оригинални хипотези. И ето най-удивителната от тях: Вселената е холограма. Един вид проекция.
Първият, който излезе с такава неочаквана идея, беше Дейвид Бом, физик от Лондонския университет. Още през 80-те години. След като неговият колега от Парижкия университет Ален Аспект експериментално показа, че елементарните частици могат мигновено да обменят информация на всяко разстояние - дори милиони светлинни години. Тоест, противно на Айнщайн, да се осъществяват взаимодействия със свръхсветлинни скорости и всъщност да се преодолее времевата бариера. Това, предположи Бом, би могло да бъде възможно, ако нашият свят е холограма. И всеки раздел съдържа информация за цялото - за цялата Вселена.
Пълен абсурд, изглежда. Но през 90-те години той беше подкрепен от носителя на Нобелова награда по физика Джерард ‘т Хоофт от Утрехтския университет (Холандия) и Леонард Съскинд от Станфордския университет (САЩ). От техните обяснения следва, че Вселената е холографска проекция на физически процеси, протичащи в двумерното пространство. Тоест на определена равнина. Можете да си представите това, като погледнете всяка холографска картина. Например, поставен на кредитна карта. Картината е плоска, но създава илюзията за триизмерен обект.
Много е трудно, честно казано, невъзможно е да повярваме, че сме илюзия, фантом, басня. Или поне матрица, както в едноименния филм. Но наскоро имаше почти материално потвърждение за това.
В Германия, близо до Хановер, гигантски интерферометър, устройство, наречено GEO600, работи вече седма година. По мащаб той е само малко по-нисък от скандалния адронен колайдер. С помощта на интерферометър физиците възнамеряват да уловят така наречените гравитационни вълни - тези, които трябва да съществуват, ако се вярва на заключенията на теорията на относителността на Айнщайн. Те са вид вълни в тъканта на пространство-времето, които трябва да възникнат от някои катаклизми във Вселената, като експлозии на свръхнови. Като кръгове върху водата от камъче.
Същността на риболова е проста. Два лазерни лъча са насочени перпендикулярно един на друг през тръби с дължина 600 метра. След това го събират. И гледат резултата - интерферентната картина. Ако дойде вълна, тя ще компресира пространството в една посока и ще го разтегне в перпендикулярна посока. Разстоянията, изминати от лъчите, ще се променят. И това ще се вижда на същата снимка.
Уви, в продължение на седем години нищо подобно на гравитационни вълни не беше забелязано. Но учените може би са направили много по-вълнуващо откритие. А именно да открием „зърната“, които изграждат нашето специфично пространство-време. И това, както се оказва, е пряко свързано с холографския образ на Вселената.
Нека квантовите физици да ми простят за грубото обяснение, но това е, което следва от техните сложни теории. Тъканта на пространство-времето е зърнеста. Като снимка. Ако постоянно го увеличавате (сякаш на компютър), тогава ще дойде момент, когато „изображението“ ще изглежда като съставено от пиксели - такива невъобразимо малки елементи. И общоприето е, че линейният размер на такъв елемент - така наречената дължина на Планк - не може да бъде по-малък от 1,6 на 10 на минус 35-та степен на метър. Той е несравнимо по-малък от протона. Вселената се предполага, че се състои от тези „зърна“. Невъзможно е да се потвърди експериментално - можете само да вярвате.
Има причина да се смята, че експериментите в GEO600 са показали, че в действителност „зърната“ са много по-големи – милиарди милиарди пъти. И те са кубчета със страна 10 на минус 16-та степен на метър.
Съществуването на големи пиксели беше наскоро обявено от един от откривателите на тъмната енергия, Крейг Хоган, директор на Центъра за астрофизика на частиците на Fermilab и професор по астрономия и астрофизика на непълно работно време в Чикагския университет. Той предположи, че те биха могли да бъдат открити при експерименти за улавяне на гравитационни вълни. Попитах дали колегите ми виждат нещо странно, като намеса. И получих отговор - гледат. И това е точно смущение - вид "шум", който пречи на по-нататъшната работа.
Хоган вярва, че изследователите са открили тези много големи пиксели в тъканта на пространство-времето - те са тези, които "правят шум", треперейки.
Хоган си представя Вселената като сфера, чиято повърхност е покрита с елементи с дължина на Планк. И всеки носи единица информация - малко. А вътре е холограмата, която са създали.
Тук, разбира се, има парадокс. Според холографския принцип количеството информация, съдържащо се на повърхността на сферата, трябва да съответства на количеството вътре. И явно има повече от него като обем.
Няма проблем, смята ученият. Ако „вътрешните“ пиксели се окажат много по-големи от „външните“, тогава желаното равенство ще бъде спазено. Така и стана. По отношение на размера.
Говорейки за холограмата, учените - а такива вече са много - придадоха на Вселената още по-сложна същност, отколкото можеше да се предположи преди. Тук със сигурност не можем без въпроса: кой се опита толкова много? Може би Бог е същество от по-висок порядък от нас - примитивни холограми. Но тогава едва ли си струва да го търсим в нашата Вселена. Не може да се е създал и сега да е вътре под формата на холограма?! Но Създателят може да е отвън. Но ние не виждаме това.
От 2001 г. в космоса лети сонда, наречена WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Той улавя „сигнали“ - така наречените колебания на микровълновия фон - радиация, която изпълва пространството. Към днешна дата съм уловил толкова много, че е възможно да се създаде карта на това лъчение – учените го наричат реликтово лъчение. Като че ли се е запазило от раждането на Вселената.
Анализирайки картата, астрофизиците точно, както им се струва, изчислиха възрастта на Вселената - тя е създадена точно преди 13,7 милиарда години. Ние заключихме, че Вселената не е безкрайна. И е топка, сякаш затворена в себе си.
Топката, разбира се, е огромна, казва Дъглас Скот от Университета на Британска Колумбия (Канада), но не толкова голяма, че да се счита за безкрайна.
„Холографите“ също говорят за топката. И това ни дава илюзорни надежди. Възможно е чрез създаването на подходящи инструменти учените да успеят да проникнат вътре в тази холограма. И те ще започнат да извличат записана информация от него - снимки от миналото и дори бъдещето. Или далечни светове. Внезапно ще се отвори възможност за пътуване напред и назад през пространство-времето. Тъй като и ние, и то сме холограми...
В ежедневието човек най-често трябва да се справя с крайни количества. Следователно може да бъде много трудно да се визуализира неограничена безкрайност. Тази концепция е обвита в аура на мистерия и необичайност, която е примесена с благоговение пред Вселената, чиито граници е почти невъзможно да се определят.
Пространствената безкрайност на света принадлежи към най-сложните и противоречиви научни проблеми. Древните философи и астрономи се опитаха да разрешат този въпрос чрез най-простите логически конструкции. За да направите това, беше достатъчно да приемете, че е възможно да достигнете предполагаемия край на Вселената. Но ако протегнете ръка в този момент, границата се отдалечава на известно разстояние. Тази операция може да се повтори безброй пъти, което доказва безкрайността на Вселената.
Трудно е да си представим безкрайността на Вселената, но не по-малко трудно е как може да изглежда един ограничен свят. Дори и за тези, които не са много напреднали в изучаването на космологията, в този случай възниква естествен въпрос: какво има отвъд границите на Вселената? Подобни разсъждения обаче, основани на здравия разум и ежедневния опит, не могат да служат като солидна основа за строги научни заключения.
Съвременни представи за безкрайността на Вселената
Съвременните учени, изследвайки множество космологични парадокси, стигнаха до извода, че съществуването на крайна Вселена по принцип противоречи на законите на физиката. Светът отвъд планетата Земя очевидно няма граници нито в пространството, нито във времето. В този смисъл безкрайността предполага, че нито количеството материя, съдържащо се във Вселената, нито нейните геометрични измерения могат да бъдат изразени дори с най-голямото число („Еволюция на Вселената“, И. Д. Новиков, 1983 г.).
Дори ако вземем предвид хипотезата, че Вселената се е образувала преди около 14 милиарда години в резултат на така наречения Голям взрив, това може да означава само, че в тези изключително далечни времена светът е преминал през друг етап на естествена трансформация. Като цяло, безкрайната Вселена никога не е възниквала в резултат на първоначален импулс или необяснимо развитие на някакъв нематериален обект. Допускането за безкрайна Вселена слага край на хипотезата за божественото сътворение на света.
През 2014 г. американски астрономи публикуваха резултатите от най-новите изследвания, които потвърждават хипотезата за съществуването на безкрайна и плоска Вселена. Учените са измерили с висока точност разстоянието между галактиките, разположени на няколко милиарда светлинни години една от друга. Оказа се, че тези колосални звездни купове са разположени в кръгове с постоянен радиус. Конструираният от изследователите космологичен модел косвено доказва, че Вселената е безкрайна както в пространството, така и във времето.