Kann das Universum unendlich sein? Ist das Universum real? Wie unendlich ist das Universum?

Es wird die Möglichkeit aufgezeigt, die Singularität des Urknalls zu vermeiden und damit die Ewigkeit des Universums nicht nur in der Zukunft, sondern auch in der Vergangenheit zu gewährleisten. Die Realität der Ewigkeit des Universums wird durch die Ergebnisse von Beobachtungen entfernter Supernovae bestätigt und basiert auf der Zählung der kosmologischen Zeit in einem Bezugssystem, das sich nicht mit der Materie mitbewegt, in dem sich nach Weyls Hypothese die Galaxien der Das expandierende Universum ist quasistationär.

Ist das Universum ewig?

Es wird die Möglichkeit aufgezeigt, die Singularität des Urknalls des Universums in der Allgemeinen Relativitätstheorie zu vermeiden und damit die Möglichkeit, die Ewigkeit des Universums nicht nur in der Zukunft, sondern auch in der Vergangenheit zu garantieren. Die Realität der Ewigkeit des Universums wird durch die Ergebnisse der Beobachtung entfernter Supernovae bestätigt und basiert auf der Zählung der kosmologischen Zeit im Bezugssystem, das sich nicht mit der Materie mitbewegt, in dem Galaxien des expandierenden Universums nach der Weyl-Hypothese quasibewegungslos sind.

Einführung

1. Analyse von Forschung und Veröffentlichungen.

2. Darstellung des Problems.

3. Über die Unmöglichkeit, die kosmologische Zeit im FR der menschlichen Welt direkt zu zählen.

4. Auswahl und Überprüfung des kosmologischen Zeitreferenzsystems.

5. Begründung der Ergebnisse astronomischer Beobachtungen von Supernovae.

Aufsatz

Kosmogonische Fragen nach „Ewigkeit“ und „Unendlichkeit“ des Universums beschäftigen Philosophen und Astronomen (Astrologen) seit der Antike. Hinweise darauf finden sich in den altindischen „Veden“, „Mahabharata“, „Avesta“ und in den Werken antiker Autoren. Die wichtigste Rolle in der Geschichte der Philosophie und Kosmologie spielten die von Kant in seinem Hauptwerk „Kritik der reinen Vernunft“ formulierten „Antinomien“:

These. Die Welt hat einen zeitlichen Anfang und ist auch räumlich begrenzt.

Antithese. Die Welt hat keinen zeitlichen Anfang und keine räumlichen Grenzen; es ist zeitlich und räumlich unendlich.

Instationäre Lösungen der Gravitationsfeldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (GTR), die von Friedman gefunden wurden, sowie die Urknallhypothese des Universums, die von Gamow aufgestellt wurde, schienen „die Maßstäbe“ zugunsten der zu verschieben endliches „Alter“ des Universums. Darüber hinaus die von Astronomen entdeckte Verschiebung der Wellenlängen der Strahlung entfernter Galaxien in den roten Bereich des Spektrums und die von Hubble festgestellte lineare Abhängigkeit der Entfernungsgeschwindigkeit der Galaxien des expandierenden Universums von der Entfernung vom Beobachter , schien dies ebenfalls zu bestätigen. Es stellten sich jedoch sofort grundsätzlich unbeantwortbare philosophische Fragen: „Was geschah vor diesem Urknall?“ und „Was war der Raum, der ursprünglich zu einem Punkt komprimiert war und sich jetzt ausdehnt?“

Analyse von Forschung und Publikationen

Viele Philosophen im Ausland und in der UdSSR beschäftigten sich mit den philosophischen Problemen von Raum und Zeit. Besonders hervorzuheben sind die Wiener und Berliner Kreise sogenannter „analytischer Philosophen“, die allzu grob der Abteilung „Neopositivismus“ zugeordnet werden. Dabei handelt es sich um Vertreter des „linken“ (Schlick, Neurath etc.) und „rechten“ (Kraft etc.) Flügels sowie der „Zentristen“ (Karnat, Reichenbach). Eine der gründlichsten Studien zu den philosophischen Problemen von Raum und Zeit, die bis heute nicht an Aktualität verloren hat (insbesondere im Hinblick auf die topologischen Eigenschaften von Raum und Zeit), ist die Studie von Reichenbach.

In den Werken werden die Ergebnisse der Verallgemeinerung der Forschung zu den Themen „Ewigkeit“ und „Unendlichkeit“ des Universums präsentiert. Sie alle basieren jedoch in erster Linie auf der Theorie des Urknalls des Universums. Unter den ursprünglichen Ideen zur Entwicklung der Urknalltheorie sind die Hypothese einer oszillierenden Annäherung an einen singulären Punkt (kosmologische Singularität) sowie Nefriedmans kosmologische Modelle mit geschlossener Weltzeit hervorzuheben. Allerdings führen diese Modelle zu einer Abweichung vom Kausalitätsprinzip und zu einer Verletzung der Axiome der zeitlichen Ordnung.

Von den alternativen Theorien verdient die Gold-Bondi-Hoyle-Theorie die größte Aufmerksamkeit, wonach in der Nähe des Sichthorizonts jedes astronomischen Körpers eine kontinuierliche Erzeugung von Materie stattfindet. Wenn wir unter „Entstehung von Materie“ nur die „Aktualisierung“ des virtuellen Zustands von Elementarteilchen verstehen (den Übergang des physikalischen Vakuums von einem chaotischen angeregten Zustand, in dem es nur dicht „gepackte“ virtuelle Prototeilchen enthielt) und diesen Prozess betrachten Nicht in der kosmologischen Zeit, sondern in der richtigen Zeit eines astronomischen Körpers, dann wird dies formal dem hier betrachteten und begründeten evolutionären Prozess der Expansion des Universums entsprechen. Tatsächlich ist gemäß diesem Prozess bei jedem Ereignis, das sich in der unmittelbaren Nähe des Beobachters ereignete, immer nur die unendlich ferne kosmologische Vergangenheit des Universums gleichzeitig nach seiner Beobachtung am Horizont der Sichtbarkeit. Und das liegt daran, dass die sich selbst kontrahierende Materie der Gleichzeitigkeit an verschiedenen Punkten ihres eigenen Raums die in der kosmologischen Zeit gleichzeitigen Ereignisse nicht rechtzeitig beachtet.

Unter den Ergebnissen der astronomischen Forschung, die zur Lösung des untersuchten Problems beitragen, ist anzumerken, dass Supernovae mit mäßigen und extrem hohen Rotverschiebungen ein schwächeres Emissionsspektrum aufweisen als erwartet, und zwar in einer viel kürzeren Entfernung, die gemäß der Hubble-Linie für sie bestimmt wurde Abhängigkeit. Dieses Ergebnis zwang Astronomen und Astrophysiker, vom Konzept einer verlangsamten Expansion zum Konzept einer beschleunigten Expansion des Universums überzugehen. Und dies wiederum führte zur Notwendigkeit der obligatorischen Einführung eines kosmologischen λ-Terms, der für die „Antigravitation“ verantwortlich ist, in die Gleichungen des Gravitationsfeldes der Allgemeinen Relativitätstheorie. Bei einem von Null verschiedenen Wert der kosmologischen Konstante λ im starren Bezugssystem aus Raumkoordinaten und Zeit (SO), entsprechend der Schwarzschild-Lösung, entsteht ein statischer Sichthorizont, auf dem der uneigentliche (Koordinaten-)Wert der Lichtgeschwindigkeit liegt ist Null.

Die Unabhängigkeit des Radius dieses Horizonts von der Zeit weist darauf hin, dass es sich nicht um einen Ereignishorizont handeln kann und daher nicht der Theorie des Urknalls des Universums entsprechen kann. In diesem Fall ist das Gravitationsfeld, das entfernte astronomische Objekte dazu zwingt, frei (träge) auf den Sichthorizont zu fallen, sie aber auch daran hindert, ihn jemals zu erreichen, grundsätzlich durch geeignete Koordinaten- und Zeittransformationen entfernbar. Und daher kann dieser Horizont nur aufgrund ungleichmäßiger Lorentz-Kontraktionen radialer Segmente im Weltraum und einer unendlich großen Lorentz-Zeitdilatation darauf gebildet werden, die durch die Selbstkomprimierung sowohl des astronomischen Körpers selbst als auch in diesem Raum verursacht wird sein eigener Raum, der starr mit ihm verbunden ist.

Die Werke von Poincaré (die sogenannte Poincaré-Kugel) und Penrose spielten eine wichtige Rolle bei der physikalischen Interpretation der Krümmung und bei der konformen Interpretation der Unendlichkeit von Raum und Zeit. Um das hier betrachtete Problem zu lösen, sind sowohl Weyls Forschungen zur Eichinvarianz der menschlichen Welt gegenüber großräumigen Raumtransformationen, die zu ihrer metrischen Inhomogenität (Anisometrie) für Materie führen, als auch Weyls Hypothese über die Existenz eines Nichts äußerst wichtig -Materie CO, in der die Galaxien des expandierenden Universums quasistationär sind, dann gibt es nur kleine eigentümliche Bewegungen. In dieser Weyl-FR gibt es anstelle des Phänomens der Expansion des Universums ein im FR der Materie grundsätzlich nicht beobachtbares Phänomen der Selbstkompression dieser Substanz im Weltraum (absoluter Newton-Weyl-Raum), das die Eichung ist für die Welt der Menschen. Die Theorien vieler Autoren über das stationäre Universum können an Weyl FR angepasst werden, da darin das Phänomen der Expansion des Universums fehlt. Obwohl diese Theorien auf einem anderen (nicht mit der allmählichen Selbstkomprimierung der Materie im kosmischen Raum zusammenhängenden) Mechanismus der evolutionären Abnahme der Strahlungsfrequenz basieren, wird das kosmologische Alter von Ereignissen in der fernen Vergangenheit des Universums vorhergesagt Einige von ihnen stimmen eher mit den Ergebnissen astronomischer Beobachtungen überein als mit dem in der Theorie der Großen Explosion vorhergesagten Alter.

Formulierung des Problems

Die Kovarianz der Gleichungen des Gravitationsfeldes der Allgemeinen Relativitätstheorie in Bezug auf Transformationen von Raumkoordinaten und Zeit und damit ihre Unabhängigkeit von der Bildung von Raum-Zeit-Kontinuen (STC) und den entsprechenden SOs schaffen Probleme bei der Auswahl dieser STCs und SOs und deren Überprüfung (Feststellung der Übereinstimmung der ausgewählten STCs und SOs mit einer beliebigen oder physischen Realität). Dementsprechend ist die Hauptaufgabe, die gelöst werden muss, um eine Antwort auf die Frage zu erhalten: „Ist das Universum ewig?“ die Suche und Begründung des grundlegenden PVC, in dessen Bezug die kosmologische Zeit gezählt werden sollte.

Über die Unmöglichkeit einer direkten Zählung der kosmologischen Zeit im FR der menschlichen Welt

Wenn wir auf der Grundlage des Anthropozentrismus (dank dessen die Menschheit viele Jahrtausende lang glaubte, dass die Erde absolut bewegungslos ist und die Sonne und die Sterne sich über den Himmel bewegen) die kosmologische Zeit in der menschlichen Welt zählen, dann kommen wir unweigerlich zu dem Konzept von dem Urknall und dem endlichen Alter des Universums. Dies wird die Möglichkeit begründen, dass der Ursprung des Universums „unbekannt wo und in was“ (von seinem hypothetischen „Punkt“-Zustand aus) ist, und daher wird unweigerlich eine grundsätzlich unbeantwortbare philosophische Frage auftauchen: „Was geschah davor?“ Darüber hinaus werden wir zu dem Schluss kommen, dass alle physikalischen Prozesse, auch evolutionäre, in Galaxien, die sich mit Hubble-Geschwindigkeit von uns entfernen, in der kosmologischen Zeit viel langsamer ablaufen als auf der Erde. Schließlich kommt es in ihnen zu einer relativistischen (Lorentzschen) Verlangsamung der Zeit. Daher ist die direkte (ohne zusätzliche Transformationen der Uhrablesungen) Nutzung der Zeit, die in der FR-Begleitmaterie in der Welt der Menschen berücksichtigt wird, zur Bestimmung der kosmologischen Zeitintervalle zwischen Ereignissen an entfernten Objekten des Universums inakzeptabel.

Auswahl und Verifizierung des kosmologischen Zeitreferenzsystems

Die Expansion des Universums, ähnlich der täglichen Bewegung der Sonne über den Himmel, kann nur als sekundäres Phänomen betrachtet werden, das in einigen ausgewählten CO - CO der Welt der Menschen beobachtet wird und eine Folge eines primären Prozesses ist, der im Fundamentalprozess abläuft CO – CO eines physikalischen Vakuums, das nicht von sich bewegender Materie mitgerissen wird. Dieses fundamentale SO des physikalischen Vakuums ist identisch mit dem Weyl SO und in ihm laufen identische physikalische Prozesse mit der gleichen Geschwindigkeit an allen Punkten mit vernachlässigbar kleinen oder identischen Potentialen eines grundsätzlich nicht entfernbaren Gravitationsfeldes ab. Daher zählte die Zeit in Weyl SO T(R, T) = T i + (T – t i) – F(R, r b)H/C, dessen Strömungsgeschwindigkeit sich nicht von der Strömungsgeschwindigkeit seiner eigenen koordinatenmäßigen (astronomischen) Zeit unterscheidet T, gezählt in der FR der Materie (in der FR der Welt der Menschen), kann durchaus die Rolle der kosmologischen Zeit beanspruchen. Hier: F(R, r b) – eine Funktion, die nur von den Werten des photometrischen Radius abhängt R im Eigenraum der Materie und Bestimmung der gegenseitigen Desynchronisation der kosmologischen Zeit und der Eigenzeit der Materie an vom Punkt entfernten Punkten im Raum ich Synchronisierung dieser Zeiten; H = C(λ / 3) 1/2 und C sind die Hubble-Konstante bzw. die Konstante (Eigenwert) der Lichtgeschwindigkeit.

Damit dieser Anspruch der physikalischen Realität entspricht, müssen wir von der Pseudodissipabilität der Umgebung des sich entwickelnden („alternden“) physikalischen Vakuums ausgehen. Nur dann ist im Einklang mit der Synergetik die Möglichkeit einer kontinuierlichen Selbstorganisation in einem physikalischen Vakuum der in der Kernforschung registrierten sich selbst erhaltenden Autowellen-Strukturelemente (virtuellen Elementarteilchen) gewährleistet. Die im Weyl-FR grundsätzlich nicht beobachtbare evolutionäre Selbstkontraktion konvergierender Spiralwellenformationen, die Elementarteilchen der Materie entsprechen, ist im Weyl-FR für die kontinuierliche Abnahme der Materiegröße im gemessenen Weltraum des Weyl-FR verantwortlich für die Welt der Menschen und folglich für das Phänomen der Expansion des Universums in der FR der menschlichen Welt.

Daher verlängern sich die Abstände zwischen quasistationären Galaxien im Weyl FR im SR allmählich, was mit der evolutionär selbstkomprimierbaren Materie einhergeht, nicht aufgrund der Ausdehnung des Weltraums ins „Nirgendwo“, sondern aufgrund der monotonen Kontraktion des materiellen Standards von Länge im Weyl FR. Die Bedingtheit des Prozesses, der in der Megawelt abläuft, durch die Prozesse, die in der Mikrowelt ablaufen, steht in guter Übereinstimmung mit dem Vorhandensein vieler Korrespondenzen in den Beziehungen zwischen atomaren, gravitativen und kosmologischen Eigenschaften – „große Zahlen“ von Eddington-Dirac. Gleichzeitig garantiert es die ewige Existenz des Universums sowohl in der Vergangenheit als auch in der Zukunft und widerspricht nicht den modernen physikalischen Konzepten.

Eine solche (für den eigenen Beobachter) messbare Selbstkompression der Materie, die sich in einer relativistischen Verkleinerung eines sich bewegenden Körpers äußert, wurde erstmals in der speziellen Relativitätstheorie als physikalisch real erkannt. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird es durch den Einfluss des Gravitationsfeldes auf Materie verursacht und kann während des relativistischen Gravitationskollapses von großer Bedeutung sein. Wenn sich jedoch eine Substanz entlang der Kraftlinien eines Gravitationsfeldes bewegt, kommt es im Weltraum zu einer Selbstverformung ihrer Eichmaße, warum kann das dann nicht möglich sein, wenn sich der Körper nur in der Zeit „bewegt“? Tatsächlich ist die Koordinatenzeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie dank der Vereinigung von Raum und Zeit in einer einzigen PVK (vierdimensionale Minkowski-Raumzeit) äquivalent zu räumlichen Koordinaten.

Wenn wir also von der Erkennbarkeit nicht nur beobachtbarer, sondern auch grundsätzlich der Beobachtung (Messung) verborgener physikalischer Prozesse ausgehen, dann stellt sich das Problem der Wahl zwischen der anthropozentrischen FR, die dem Urknall des Universums entspricht, und der Weyl-FR, die dem Urknall des Universums entspricht auf den evolutionären Prozess der Eich-Selbstkomprimierung der Materie im Weltraum zurückzuführen ist, kann für Letzteres entschieden werden (da es keine grundsätzlich unlösbaren Fragen auf dem Weg zur Erkenntnis der Natur aufwirft und daher erkenntnistheoretisch akzeptabler ist) .

Begründung der Ergebnisse astronomischer Beobachtungen von Supernovae

Innerhalb der Grenzen des Sichtbarkeitshorizonts des eigenen metrischen Raums eines sich evolutionär selbstkontrahierenden Körpers im Weyl FR ist der gesamte unendliche Raum des Weyl FR enthalten, so dass aufgrund des Sichtbarkeitshorizonts keine astronomischen Objekte erscheinen können, noch Können sie sich dahinter verstecken? Mit jedem Ereignis (wo und wann immer es auftritt) am Horizont der Sichtbarkeit ist die unendlich ferne Vergangenheit immer gleichzeitig. Daher ist der Sichtbarkeitshorizont des eigentlichen Raums eines jeden astronomischen Körpers, der durch die Gleichungen des Gravitationsfeldes festgelegt wird, tatsächlich ein Pseudohorizont der Vergangenheit. Aufgrund sowohl der Unbeweglichkeit des Sichthorizonts im richtigen metrischen Raum eines jeden astronomischen Körpers als auch der Unveränderlichkeit (bei konstantem Gravitationsradius). r g = const(T) Körper) seinen photometrischen Radius r c Der Rückzug entfernter Galaxien vom Beobachter kann nicht wörtlich als Expansion des Universums in diesem Raum betrachtet werden. Diese Galaxien „fallen“ frei auf den festen Horizont der Sichtbarkeit, können ihn jedoch nie erreichen, da sie nur zur unendlich fernen kosmologischen Vergangenheit gehören. Die dadurch bedingte höhere Konzentration astronomischer Objekte in der Nähe des Sichthorizonts und die Endlichkeit des körpereigenen Raumes werden bei astronomischen Beobachtungen jedoch nicht erfasst. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Entfernungen zu entfernten Sternen direkt aus ihrer Konzentration in einem bestimmten Raumwinkel, basierend auf der Annahme ihrer gleichmäßigen Verteilung im Raum, sowie aus ihrer Leuchtkraft bestimmt werden L ν(Φ ν , r A, r i), geschätzt durch die Anzahl der Energiequanten im Fluss Φ ν , basierend auf der Annahme, dass ihre Leuchtkraft isotrop ist. Dies gilt jedoch nur für den euklidischen Raum von CO Weyl und nicht für den eigentlichen Materieraum, der eine Krümmung aufweist. Daher wird bei jeder Beobachtung ein nicht-photometrischer Radialabstand bestimmt r A zu einem entfernten Objekt A in einem endlichen nichteuklidischen Eigenraum des Körpers, vom Punkt aus ich was beobachtet wird. Tatsächlich wird der kontinuierlich renormierbare radiale Abstand zum Objekt bestimmt A im unendlichen euklidischen Raum von Weyl SO:

R A* = R A R i "* / R i = R A r i / R i " =
= r A(C – Hr) / (C – HR A) ≈ r A(r c – r i) / (r c – r A) >> r A ,

wo r i >> r g : r c ≈ C/H. Dies ist die Entfernung zum Objekt A findet in dem Moment der kosmologischen Zeit statt, in dem sich das Objekt befindet A emittierte Strahlung. Sie wird mithilfe einer metrischen Skala bestimmt, die anhand des tatsächlichen Längenmaßstabs des Beobachters kalibriert wird, jedoch nicht zum Zeitpunkt der Emission, sondern zum Zeitpunkt der Aufzeichnung der Strahlung am Punkt ich (R i "* = r i). Deshalb die Entfernungen R A*, bestimmt durch die Leuchtkraft bei maximaler Helligkeit von Supernovae mit mäßig (0,3 z z > 1) hohen Bias-Werten z = Δλ C / ich ichλ C ≈ HR A*/C Strahlungswellenlänge λ Mit in den roten Bereich des Spektrums und übersteigt die photometrischen Entfernungen des Hubble-Systems deutlich r A ≈ vAH / H zu diesen Supernovae im eigenen Raum des Beobachters. Und daher wird die „Diskrepanz“ in der Hubble-Abhängigkeit der Entfernungen zu Supernovae mit mäßig und extrem hohen langwelligen Verschiebungen im Strahlungsspektrum in keiner Weise durch den allmählichen Anstieg des Wertes der Hubble-Konstante verursacht, der durch „ „Beschleunigte Expansion des Universums“-Hypothese. Es bestätigt nur die Gültigkeit der Zählung der kosmologischen Zeit in Weyl SO.

Aufgrund der Nichtbeachtung der Gleichzeitigkeit der Substanz von Ereignissen mit demselben kosmologischen Alter in der richtigen Zeit wäre der Wert der Hubble-Konstante außerdem an verschiedenen Punkten im Raum ungleich, wenn der Wert der Hubble-Konstante in der kosmologischen Zeit instabil wäre derselbe Moment der Eigenzeit eines astronomischen Objekts im expandierenden Universum. Dies fehlt erwartungsgemäß in astronomischen Beobachtungen. Doch trotz der streng exponentiellen Beschleunigung der Expansion des Universums ist die „Antigravitation“, die durch die Selbstkompression der Materie im Weyl-FR verursacht wird, sicherlich im eigenen FR eines jeden astronomischen Körpers vorhanden. In diesem Fall wird die kosmologische Konstante der Gravitationsfeldgleichungen eindeutig durch die Hubble-Konstante bestimmt, deren Wert nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich konstant ist.

An einem Punkt beobachtbar ich Frequenzreduzierung j i ν cA Strahlungsquelle A, bedingt stationär im Weltraum von CO Weyl und sich an diesem Punkt bewegend J im eigenen CO des Beobachters mit der Hubble-Geschwindigkeit, wird durch Vernachlässigung der schwachen Stärke seines eigenen Gravitationsfeldes auf der emittierenden Oberfläche der Quelle wie folgt bestimmt:

Jichβ ν A = j i ν cA / i i ν c = 1/(1 + z) =
= exp[H(T j – T i)] ≈ 1 – PersonalwesenA / C ≈ (1 + PersonalwesenA*/C) –1 ,

Wo: r A = r j, r g r i r j r c . Genau die gleiche Verschiebungsabhängigkeit z Emissionsspektrum eines entfernten astronomischen Objekts über die Dauer der kosmologischen Zeit Δ T = T i – T j Die Ausbreitung dieser Strahlung zum Beobachter erfolgt auch in den meisten Theorien des stationären Universums. Die in der Arbeit durchgeführte statistische Analyse der Ergebnisse von Supernova-Beobachtungen bestätigt die gute Übereinstimmung dieser Abhängigkeit mit den Ergebnissen von Supernova-Beobachtungen.

Wenn der Abstand zur Strahlungsquelle nicht zu groß ist, unterscheidet sich diese Abnahme kaum von der Pseudo-Doppler-Frequenzabnahme, die die physikalische Heterogenität des eigenen Raums des Beobachters, die mit dem Phänomen der Expansion des Universums verbunden ist, nicht berücksichtigt ( Diese Heterogenität liegt in der Heterogenität dessen, was vom Punkt aus beobachtet wird ich falsche Werte der Lichtgeschwindigkeit j i ν c an anderen Stellen in diesem Raum). Bei großen Entfernungen ist der Einfluss der physischen Heterogenität des eigenen Raums des Beobachters sehr groß. Daher wird der in der Kosmologie verwendete Pseudo-Doppler-Wert der Entfernungsgeschwindigkeit von Objekten im expandierenden Universum, normiert auf die Lichtgeschwindigkeit, im Vergleich zu seinem wahren Wert leicht überschätzt

Jichν AH. / j i ν c ≈ PersonalwesenA / C ≈ PersonalwesenA* / (C + PersonalwesenA*).

Allerdings liegt er deutlich unter seinem Pseudo-Hubble-Wert

JichvA.P.H. / j i v c ≈ PersonalwesenA* / C >> Personalwesen 7 / C.

Dementsprechend gilt bei Verwendung der Pseudo-Doppler-Frequenzverschiebung der Strahlung (die die physikalische Heterogenität des eigenen Raums des evolutionären selbstkomprimierbaren Körpers in der FR, in der die Beobachtung durchgeführt wird, nicht berücksichtigt), a Es wird auch ein Entfernungswert ermittelt, der näher am kontinuierlich renormierten Entfernungswert im Weltraum des Weyl FR liegt und nicht an den fotometrischen Wertentfernungen im eigenen Raum des Beobachters.

Schlussfolgerungen

Der hier betrachtete epistemologische Ansatz zur Bildung von FRs in der Allgemeinen Relativitätstheorie und die Überprüfung dieser FRs, die er definiert, ermöglicht es uns, der Feststellung der physikalischen Realität eines solchen Pseudoereignisses wie dem Urknall des Universums zu entgehen. Die kosmologische Singularität der Allgemeinen Relativitätstheorie entspricht der unendlich weit entfernten kosmologischen Vergangenheit des Universums und ist daher tatsächlich nicht physikalisch realisiert. Der Expansionsprozess des ewigen Universums ist ein unendlich langer Evolutionsprozess, der weder Anfang noch Ende hat. Dieser Prozess wird durch die evolutionäre Variabilität der Eigenschaften des physikalischen Vakuums und die kontinuierliche „Anpassung“ elementarer Materieteilchen an die ständig aktualisierten Bedingungen ihrer Wechselwirkung verursacht. All dies steht in guter Übereinstimmung sowohl mit der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Synergetik als auch mit den Ergebnissen astronomischer Beobachtungen.

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Gleich zu Beginn des Jahres 2003 erschienen die ersten Beobachtungsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die mit der Raumsonde WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) erstellt wurden. Zum ersten Mal konnten viele kosmologische Parameter mit ungewöhnlich hoher Präzision gemessen werden. Doch innerhalb weniger Monate wurden die ersten, wichtigsten Ergebnisse und Vorhersagen gemacht, die Aufregung ließ nach und die Neugier der Wissenschaftler verlagerte sich von den erzielten Ergebnissen auf Probleme, die ungeklärt blieben.

Beobachtungen

Eines dieser Probleme sind die sehr niedrigen Amplituden der beiden niedrigsten Multipole (sphärische Harmonische) des CMB: des Quadrupols und des Oktupols. Dieses Problem war zwar schon früher bekannt, trat jedoch erst bei sehr genauen WMAP-Daten in vollem Ausmaß auf. Tatsächlich ist die niedrigste sphärische Harmonische ein Dipol. Es beschreibt das Verhalten des Relikts auf Winkelskalen von 180 °: In einer Hemisphäre der Himmelssphäre sind Temperatur und Helligkeit des Mikrowellenhintergrunds höher und in der anderen niedriger. Leider kann diese Harmonische nicht vom Einfluss des Doppler-Effekts auf den Hintergrund getrennt werden, der mit der Bewegung des Beobachters verbunden ist. Die zweite Harmonische (Quadrupol) beschreibt die Verteilung der Temperaturschwankungen des Relikts auf Winkelskalen von 90 ° und die dritte Harmonische (Oktupol) jeweils auf 60 ° (siehe Abb. 1). Es stellte sich heraus, dass die beobachtete Quadrupolamplitude nur 1/7 des von der Theorie vorhergesagten Niveaus beträgt und die Oktupolamplitude 72 % beträgt (siehe Abb. 2). Diese Abweichung ist zu groß und schwer durch zufällige Fluktuationen im beobachteten kosmischen Mikrowellenhintergrund zu erklären. Einige Forscher begannen, die Einführung einer „neuen Physik“ vorzuschlagen, um diese Abweichung zu erklären (siehe beispielsweise Preprint astro-ph/0306597), andere stimmten ihnen nicht zu. Bisher hat jedoch niemand einen physikalischen Mechanismus vorgeschlagen, der zu einer Verringerung der Amplituden der beiden niedrigsten Harmonischen führen würde.

Reis. 2. Leistungsspektrum der Winkelverteilungen der Fluktuationen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gemäß WMAP-Daten und einigen anderen Experimenten. Vertikal ist die Amplitude der Schwankungen aufgetragen, die Anzahl der Harmonischen (beginnend mit l =2) oder Winkelskalen. Schwarze Punkte sind Beobachtungsdaten, rote Linien sind Vorhersagen des theoretischen Modells für ein flaches Universum, die am besten mit Beobachtungen übereinstimmen, graue Balken sind der akzeptable Fehler theoretischer Vorhersagen. Die Werte der beiden niedrigsten Harmonischen sind zu niedrig und werden grün dargestellt. Geringe Amplitude von nur einem Oktupol ( l =3) ist nicht signifikant genug, aber zusammen mit sehr niedrig Durch den Wert der zweiten Harmonischen werden sie zu einer wichtigen Beobachtungstatsache.

Topologie

Man kann sich sehr leicht die umgekehrte Situation vorstellen, wenn die Größe des sichtbaren Teils des Universums kleiner ist als die ursprüngliche Zahl. In diesem Fall unterscheidet sich das von uns beobachtete Bild nicht von dem, was wir in einem unendlichen Universum mit einer einfachen Topologie sehen würden (dieser Unterschied kann zu späteren Zeiten auf kosmologischen Skalen auftreten).

Tatsächlich ist alles komplizierter. Wenn wir andere Galaxien beobachten, blicken wir nicht nur in die Ferne, sondern auch in die Vergangenheit. Dies liegt an der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit. Wenn die Größe unseres Universums mehrere Megaparsec betragen würde, würde das Licht von Kopien unserer Galaxie uns in mehreren Millionen Jahren erreichen, während dieser Zeit verändert sich die Galaxie nicht allzu sehr und wir könnten uns in diesen „Reflexionen“ „uns selbst erkennen“ und vielleicht sogar versucht, das Sonnensystem darin zu finden. Wenn wir die Größe der ursprünglichen Welt auf Hunderttausende Lichtjahre vergrößern, wird eine solche Identifizierung schwierig und wir wären einfach nicht in der Lage, die Milchstraße 2-3 Milliarden Jahre vor Christus zu erkennen. Alle in den letzten 10 bis 20 Jahren durchgeführten Suchen nach periodischen Strukturen mit Größen von 1000 Megaparsec und weniger haben jedoch kein positives Ergebnis erbracht. Das bedeutet, dass unser Universum, selbst wenn es ein begrenztes Volumen hat, sehr groß ist; wenn wir uns selbst sehen, liegt es in einer so fernen Vergangenheit, dass eine Identifizierung mit modernen Objekten fast unmöglich wird.

Kosmologie

Welche Vorhersagen macht das Dodekaedermodell des Universums und wie lassen sie sich mit Beobachtungen vergleichen?

In diesem Modell muss der Raum eine positive Krümmung haben (geschlossen sein) und einen genau definierten Wert des Verhältnisses der durchschnittlichen Dichte zur kritischen Dichte $\Omega\simeq1.013$ haben (dieser Wert ist eine mathematische Konstante, die berechnet werden kann). mit beliebig vielen Nachkommastellen). Und dieser Wert liegt im akzeptablen Bereich! WMAP-Daten ergeben $\Omega=1,02\pm0,02$.

Wie funktioniert ein solches Universum?

Für ein kosmologisches Modell mit $\Omega=1,013$ beträgt der Radius des Horizonts 38 % des Krümmungsradius des Universums ( R ), und die Grenzen des Dodekaeders liegen im Bereich von 31 % R (Gesichtsmitten) bis zu 39 % R (oben) von seiner Mitte entfernt. Das Volumen eines solchen Polyeders beträgt 83 % des Volumens der Horizontkugel. Das Verhältnis der Abmessungen des Dodekaeders zum Krümmungsradius bleibt konstant, da sich diese Größen mit der Expansion des Universums proportional zueinander ändern. Der Horizont des Universums verhält sich anders. Sein Verhalten hängt vom Expansionsgesetz ab; dieses wird in (und den darin angegebenen Links) ausführlicher beschrieben.

Flecken am Himmel

Die komplexe Topologie unseres Universums wird sich in Beobachtungen nur dann manifestieren, wenn die Dimensionen des Horizonts die Dimensionen des ursprünglichen Polyeders überschreiten und Teile seiner Kopien zumindest teilweise in den für uns zugänglichen Bereich des Universums fallen. Wenn die ursprüngliche Figur größer als der Horizont ist, unterscheidet sich das beobachtete Bild nicht vom Erscheinungsbild des unendlichen Universums. Diese Aussage ist in Abb. schematisch dargestellt. 12.

Für die oben angegebene Horizontgröße (0,38 R ) Das Vorhandensein von Kopien des Universums wird sich in Form von sechs Kreispaaren mit einem Durchmesser von 70 o manifestieren, die in entgegengesetzten Richtungen auf der Himmelssphäre angeordnet sind. Sie entstehen, wenn die Kugel der letzten Streuung die Flächen des Dodekaeders schneidet. Laut WMAP-Daten liegt die letzte Streukugel (Rekombinationsgrenze) bei der mittleren Rotverschiebung z=1089$\pm$1, d.h. etwas weniger als der Horizont. Die Temperatur der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung in jedem Kreis eines solchen Paares wird in gleicher Weise von ihrem Durchschnittswert abweichen, weil Die von den Kreisen aufgezeichnete Strahlung wird von Regionen des Universums emittiert, die mit derselben Substanz gefüllt sind (siehe Abb. 13).

Theoretische Aspekte

Die Tatsache, dass sich unser Universum als geschlossen erweisen könnte, wirft einige Fragen auf, die heute die meisten Eigenschaften des uns umgebenden Universums erfolgreich erklären. Es gibt keine vollständige Klarheit über dieses Problem (Inflation in einem geschlossenen Universum), aber es scheint, dass Kosmologen bereit sind, es zu lösen.

Abschluss

Wie kann das in diesem Artikel beschriebene Modell bestätigt oder widerlegt werden? Es prognostiziert zwei Konsequenzen, die experimentell und in naher Zukunft getestet werden können:

1. Das Universum muss mit $\Omega=1.013$ abgeschlossen sein;
2. Am Himmel sollten 6 Kreispaare mit einem Durchmesser von 70 o beobachtet werden (deren Mittelpunkte den Mittelpunkten der Flächen eines regelmäßigen Dodekaeders entsprechen), wobei die Verteilung der CMB-Störungen paarweise miteinander korrelieren sollte.

Das erste Argument ist viel schlagkräftiger als das zweite. Diese Kreise wurden bereits gesucht und noch nicht entdeckt (siehe astro-ph/0310233), aber das ist noch nicht das Ende dieser Geschichte. Aber wenn Beobachtungen zeigen, dass $\Omega\neq1.013$, dann müssen wir das zwölfseitige Universum vergessen. Solche Daten sind von der laufenden WMAP-Mission oder von der nächsten Generation von Raumfahrzeugen im Bau für den kosmischen Mikrowellenfrontforscher – dem Planck-Satelliten – zu erwarten.

Und natürlich bleibt die Möglichkeit bestehen, dass für die am Anfang dieses Artikels dargestellten Fakten völlig andere Erklärungen gefunden werden. (Dies ist zu erwarten, da es Anzeichen dafür gibt genau so Es gibt nur sehr wenige topologisch komplexe Modelle des Universums. Bisher sind es nur die niedrigen Amplituden der ersten beiden Harmonischen des Leistungsspektrums der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Dies reicht aus, um mit der Diskussion dieses Modells zu beginnen, aber es bedarf zusätzlicher Argumente, um die wissenschaftliche Gemeinschaft von seiner „Ernsthaftigkeit“ zu überzeugen.)

M. E. Prokhorov SAISH, Moskau

Kommentare (12):

Guter Artikel.

Es gibt viel zu bedenken.

Hier am Anfang des Abschnitts

Topologie

die Konstruktion eines unendlichen euklidischen Raumes mit endlichem Volumen wird erwähnt. Mit solchen Strukturen muss sehr vorsichtig umgegangen werden. sorgfältig.

Unter solchen Annahmen ist das der Fall sophistisch Effekte, die das Denken in eine Sackgasse führen. In diesem Schema werden solche Obszönitäten in verschleierter Form verwendet. Abstraktion als Null_space (ich möchte Sie daran erinnern, dass Null_space Raum ohne Ausdehnung und Zeit ist).

Vor etwa 30 Jahren oder sogar vor 50 Jahren diskutierten alle wissenschaftlichen und halbwissenschaftlichen Zeitschriften in der einen oder anderen Form die Eigenschaften dieser materiellen Substanz. Und Science-Fiction-Autoren ... verwendeten es praktisch unter den Namen „Zero_jump“, „Zero_transition“ ...

Wie plötzlich stellte sich heraus, dass diese Substanz vorhanden ist eins, aber eine äußerst unangenehme Eigenschaft:

„Auftauchen“ irgendwo in der Nähe_Kontakt mit einer mehr_weniger realen Konsistenz

Null_space beginnt unweigerlich, diese Konsistenz zu absorbieren und zerstört sich selbst, nachdem er sie absorbiert hat.

Heute haben sogar Science-Fiction-Autoren es aufgegeben und es durch Wurmlöcher oder Wurmlöcher ersetzt.

Das Universum hat vielleicht nicht die Form einer Kugel oder eines Dodekaeders, sondern... die eines Horns oder einer Schmiede. Genauer gesagt erweist sich unser gesamter Kosmos als eine Art langes Rohr, mit einem schmalen Ende auf der einen Seite und einer „Glocke“ auf der anderen. Diese „Konstruktion“ unseres Universums impliziert unter anderem, dass es endlich ist und es an manchen Stellen Bereiche gibt, in denen man den Hinterkopf sehen kann. Für „vernünftige“ Menschen mag das alles wie völliger Unsinn oder der Traum eines Surrealisten klingen, aber die Berechnungen des Mathematikers Frank Steiner von der Deutschen Universität Ulm und seiner Kollegen basieren auf maßgeblichen experimentellen Daten, die er 2003 erhalten hat die berühmte WMAP-Sonde (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe der NASA).

Das neue ausgefallene Modell soll zwei mysteriöse Umstände erklären, die Astrophysikern so viel Rätsel aufgegeben haben: erstens die ungewöhnliche Natur der Verteilung von „heißen“ und „kalten“ Stellen in der kosmischen Mikrowellenstrahlung und zweitens die „Störung“ des Signals an große Schuppen (das Fehlen jeglicher oder deutlicher „heißer“ oder „kalter“ Flecken bei Winkeln von mehr als etwa 60 Grad). Das aktuelle Volumen des Universums beträgt laut Steiner etwa 10 32 Kubiklichtjahre. Als das Universum erst 380.000 Jahre alt war, war es so klein, dass darin einfach keine ausreichend großen Schwankungen auftreten konnten.

In dem neuen Modell, das durch die sogenannte Picard-Topologie definiert wird, ist das Universum auf sehr komplexe Weise gekrümmt. Ein Ende davon ist unendlich verlängert, aber so verengt, dass sich ein endliches Volumen ergibt. Auf der anderen Seite dehnt sich das „Rohr“ stark aus, aber keineswegs unendlich, und wenn wir mit einem Raumschiff zum „geschwollenen“ Ende fliegen würden, würden wir irgendwann von der anderen Seite des „Rohrs“ zurückkehren. (siehe Bild oben). Emile Picard (1856-1941) ist ein französischer Mathematiker, der Differentialgleichungen, singuläre Punkte, asymptotische Lösungen, Funktionstheorie usw. studiert hat. Er ist übrigens ein ausländisches korrespondierendes Mitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1895). und ein ausländisches Ehrenmitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR (1925).

Das hornförmige Modell wurde in den 1990er Jahren vorgeschlagen, um Anomalien korrekt zu beschreiben, die aus Daten des COBE-Satelliten (Cosmic Background Explorer), dem Vorgänger von WMAP, hervorgegangen waren. Steiners Gruppe war jedoch der erste, der zeigte, dass die Idee auch auf WMAP-Daten passte. Im Jahr 2003 wurde bereits ein anderes Modell vorgestellt, das den Ergebnissen von WMAP entsprechen sollte, und demnach erwies sich das Universum ebenfalls als endlich, aber die Form der Welt war anders (ein Dodekaeder, fälschlicherweise „Fußball“ genannt). Ball“ in der Presse). Andere Optionen für die mögliche Form des Universums sind ein „Donut“ (Ringform) oder eine abgeflachte Kugel (vor einigen Monaten von Wissenschaftlern aus dem amerikanischen Bundesstaat Pennsylvania vorgeschlagen).

Die klassische Idee des physischen Raums verleiht ihm eine so grundlegende topologische Eigenschaft wie die Konnektivität. Der physische Raum – die Essenz einer dreidimensional verbundenen Mannigfaltigkeit – wird mit der Zeit zu einer einzigen vierdimensionalen Raumzeit vereint. Betrachten wir nun ein Modell einer zusammenhängenden, aber nicht einfach zusammenhängenden Raumzeit, dann ist es durchaus möglich, unzusammenhängende dreidimensionale raumähnliche Abschnitte zu erkennen. Darüber hinaus kann der unzusammenhängende Abschnitt $M_1$ aus dem verbundenen $M_0$ durch eine sphärische Umordnung erhalten werden, und daher können die verbundenen und unzusammenhängenden Abschnitte als Anfangs- und Endzustand eines geometrodynamischen Prozesses (Lorentz-Kobordismus) betrachtet werden. Dabei durchläuft die 3-Geometrie einen bestimmten kritischen Zustand $M_(1/2)$, was einer Verletzung der Konnektivität des raumartigen Abschnitts entspricht.

Es wäre interessant herauszufinden, unter welchen Bedingungen der Zusammenhang raumartiger Abschnitte verletzt wird, oder, wenn wir das spezifische differenzielle topologische Modell außer Acht lassen, herauszufinden, ob es möglich ist, dass während eines physikalischen Prozesses der dreidimensionale Raum $ M_0$ wird getrennt. Wenn wir uns die Worte erlauben, können wir sagen, dass die Verletzung der Konnektivität die Trennung der Region $D_0$ von $M_0.$ bedeutet

Im Wesentlichen ist dies ein beliebter Artikel über die Topologie des Universums. Lumine ist als Autor eines aufsehenerregenden Artikels bekannt, in dem Daten zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Rahmen eines Modells mit einer nicht trivialen Topologie interpretiert wurden. In dieser Rezension geht es darum, wie solche Modelle aussehen, wie sie anhand verfügbarer Daten verifiziert werden können usw.

Der aktuelle Zustand des Universums ist immer noch sehr wenig verstanden. Allerdings gibt es die Antwort auf die Frage wahrscheinlich bereits: Wie ist die aktuelle Form des Universums? Langzeitbeobachtungen haben gezeigt, dass das Universum über eine Reihe physikalischer Eigenschaften verfügt, die die Zahl möglicher Kandidaten für seine Form stark reduzieren.

Und eine der Haupteigenschaften der Topologie des Universums ist seine Krümmung. Nach der derzeit akzeptierten Vorstellung sank die Temperatur des Universums etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall auf ein Niveau, das ausreichte, damit sich Elektronen und Protonen zu den ersten Atomen verbinden konnten.

Als dies geschah, konnte Strahlung, die zunächst an geladenen Teilchen gestreut worden war, plötzlich ungehindert durch das expandierende Universum dringen. Diese heute als kosmischer Mikrowellenhintergrund oder kosmischer Mikrowellenhintergrund bezeichnete Strahlung ist bemerkenswert homogen und weist nur sehr geringe Intensitätsabweichungen (Schwankungen) vom Durchschnittswert auf. Eine solche Homogenität kann nur im Universum existieren, dessen Krümmung überall konstant ist.

Die Konstanz der Krümmung bedeutet, dass der Raum des Universums eine von drei möglichen Geometrien hat: flache euklidische Kugel mit positiver Krümmung oder hyperbolische mit negativer Krümmung.

Bereits in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts machte sich der deutsche Mathematiker Carl Friedrich Gauß daran, die Frage zu beantworten: Sind die Flugbahnen der Lichtstrahlen, die über den sphärischen Raum der Erde wandern, gebogen? Es stellte sich heraus, dass das Universum im kleinen (nach astronomischen Maßstäben) Maßstab euklidisch erscheint. Auch aktuelle Studien mit über der Antarktis geflogenen Höhenballons stützen diese Schlussfolgerung.

Bei der Messung des Winkelleistungsspektrums des CMB wurde ein Peak entdeckt, der nach Ansicht der Forscher nur durch die Existenz kalter schwarzer Materie – relativ großer, sich langsam bewegender Objekte – genau im Euklidischen Universum erklärt werden kann. Das heißt, Wissenschaftler sagen ziemlich sicher, dass der Raum unseres Universums durch die euklidische Geometrie zufriedenstellend beschrieben werden sollte, als ein dreidimensionaler Raum mit sehr kleiner Krümmung.

„Aus der Allgemeinen Relativitätstheorie folgt eine neue Vorstellung vom Universum, eine neue Kosmologie. Einstein betrachtete die Gravitationsfelder verschiedener Körper als Krümmungen der Raumzeit in den diese Körper umgebenden Regionen ... Nehmen wir die vierdimensionale Raumzeit, d. h. die Gesamtheit der Weltlinien aller natürlichen Körper. Diese Weltlinien krümmen sich in der Nähe der Schwerpunkte stärker. Aber haben sie nicht im Allgemeinen eine allgemeine Krümmung?

Einstein schlug vor, dass nur der Raum gekrümmt ist, die Zeit jedoch nicht. Wenn wir also von einem bestimmten geografischen Punkt aus auf dem kürzesten Weg zu einer Reise durch das Universum aufbrechen, beschreiben wir eine geschlossene räumliche Flugbahn und kehren zu einem anderen Zeitpunkt, beispielsweise im Billionenjahr n. Chr., zum selben Punkt zurück. e. Das bedeutet, dass der Weltraum endlich ist (im gleichen Sinne, in dem die zweidimensionale Raumoberfläche unserer Erde endlich ist) und die Zeit unendlich ist. Analog können wir einen zweidimensionalen Raum finden – eine Oberfläche, die in einer Dimension gekrümmt und endlich, in einer anderen Dimension jedoch gerade und unendlich ist, so wie die Oberfläche eines Zylinders.

Wenn wir (auf dem kürzesten Weg) eine Linie um einen Zylinder unendlicher Länge ziehen, kehren wir zum selben Punkt zurück. Wenn wir eine Linie entlang des Zylinders zeichnen, ist diese gerade und unendlich. Basierend auf dieser Analogie wurde Einsteins Hypothese über einen gekrümmten Weltraum und eine ungekrümmte Zeit als zylindrische Welthypothese bezeichnet.

Im Jahr 1922 A.A. Friedman vermutete, dass sich die Krümmung des Weltraums im Laufe der Zeit ändert. Offenbar dehnt sich das Universum aus.“

Was bedeutet die Aussage über die Dreidimensionalität des Raumes? Wie entstanden moderne Vorstellungen über die Dimension des Raumes in Physik und Mathematik? Welche Rolle spielt die Dreidimensionalität des Raumes in den Grundgesetzen der Physik? Diesen Fragen widmet sich das Buch. Berücksichtigt werden die Rolle des Dimensionsbegriffs in der Physik der Mikro- und Megawelt, die Beziehung zwischen verschiedenen Ansätzen zum Dimensionsbegriff und die Beziehung zwischen Physik und Geometrie. Neben der Entstehungsgeschichte moderner Ideen über die Dimension des Raumes wird auch die Arbeit bemerkenswerter Wissenschaftler – Physiker und Mathematiker – erzählt: A. Einstein, P. Ehrenfest, A. Poincare, P. S. Uryson und andere.

Ein wichtiges Problem der modernen Differentialgeometrie ist die Konstruktion und Untersuchung von Beispielen spezifischer Räume mit gegebenen geometrischen Eigenschaften. Eines dieser Probleme ist die Suche nach Riemannschen Mannigfaltigkeiten mit einer gegebenen Holonomiegruppe und die Untersuchung ihrer topologischen Eigenschaften. Wenn man die Holonomiegruppe einer Mannigfaltigkeit kennt, kann man viel über ihre Krümmung sagen – das Hauptmerkmal der Riemannschen Mannigfaltigkeiten; Andererseits ist das Studium der Holonomie eine technisch einfachere Aufgabe.

Obwohl die Feinstrukturkonstante bereits 1916 vom deutschen theoretischen Physiker Arnold Sommerfeld eingeführt wurde, bleibt die Frage, ob sie wirklich konstant ist, bis heute unbeantwortet. „Nach den Ergebnissen unserer Messungen zu urteilen: Nein, das ist es nicht!“ - sagt der australische Physiker John Webb, Professor an der University of New South Wales in Sydney. Vor zehn Jahren analysierte eine von ihm geleitete Gruppe von Wissenschaftlern mit dem amerikanischen Keck-Teleskop auf Hawaii die Veränderungen, die das Licht entfernter Quasare beim Durchgang durch intergalaktische Gas- und Staubwolken erfährt, und stellte fest, dass sich die Absorptionsspektren davon etwas unterschieden vorhergesagt. Dieses Phänomen konnte nur eine Erklärung haben: Vor mehreren Milliarden Jahren war der Wert der Feinstrukturkonstante etwas geringer als heute.

Forschungen an der Schnittstelle von Topologie und Quantenmechanik legen die Existenz einer völlig neuen Form von Materie nahe.
Bereits 1970 machte ein junger sowjetischer Physiker eine ungewöhnliche Annahme. Vitaly Efimov, der derzeit an der University of Washington (USA) arbeitet, zeigte, dass Quantenobjekte, die keine Paare miteinander bilden können, Tripel bilden können.
Im Jahr 2006 entdeckte ein Team australischer Wissenschaftler das erste Beispiel dieses sogenannten „Efimov-Zustands“ in einem kalten Gas aus Cäsiumatomen.
Auf den ersten Blick mag dies kontraintuitiv erscheinen. Schließlich sind die Verbindungen, die ein Trio von Objekten zusammenhalten, genau die gleichen wie die eines Paares. In Wirklichkeit ist dies jedoch nicht der Fall; es gibt einen subtilen, aber wichtigen Unterschied zwischen den beiden.

Um Formeln anzuzeigen, können Sie die Umgebung „$$“ und das \TeX-Markup verwenden.

Nachdem Einstein sein Experiment mit der relativistischen Gravitationstheorie weitgehend abgeschlossen hatte, versuchte er immer wieder, darauf sein Modell des Universums aufzubauen, das für viele als der vielleicht wichtigste Teil seines Schaffens gilt.

Einsteins Gravitationsgleichung mit der gleichen Annahme einer gleichmäßigen Verteilung der „Materie“ („Homogenität und Isotropie des Raums“) brachte jedoch keine Befreiung von kosmologischen Paradoxien: Das „Universum“ erwies sich als instabil und in Ordnung Um seine Kontraktion durch die Schwerkraft zu verhindern, fand Einstein nichts Besseres, als wie Zeliger einen anderen Term in seine Gleichung einzufügen – dieselbe universelle sogenannte kosmologische Konstante. Diese Konstante drückt die hypothetische Abstoßungskraft zwischen Sternen aus. Selbst wenn im relativistischen De-Sitter-Modell keine Massen vorhanden sind, erhält man daher eine konstante negative Krümmung der Raumzeit.

Unter diesen Bedingungen ergab die Lösung der Gravitationsgleichungen Einstein eine endliche Welt, die aufgrund der „Raumkrümmung“ in sich geschlossen war, wie eine Kugel mit endlichem Radius – ein mathematisches Modell in Form eines Zylinders, in dem der dreidimensionale Raum gekrümmt war bildet seine Oberfläche, und die Zeit ist eine ungekrümmte Dimension, die entlangläuft und den Zylinder bildet.

Das Universum ist „grenzenlos“ geworden: Wenn man sich entlang einer Kugeloberfläche bewegt, ist es klar, dass es unmöglich ist, auf eine Grenze zu stoßen, aber dennoch ist sie nicht unendlich, sondern endlich, so dass Licht, wie Magellan, um sie herumgehen und zurückkehren kann von der anderen Seite. So stellt sich heraus, dass ein Observatorium, das durch ein unglaublich starkes Teleskop zwei verschiedene Sterne auf gegenüberliegenden Seiten des Himmels beobachtet, möglicherweise denselben Stern von seinen gegenüberliegenden Seiten sieht, und ihre Identität kann anhand einiger Merkmale des Spektrums festgestellt werden . Es stellt sich also heraus, dass die Geschlossenheit der Welt einer experimentellen Beobachtung zugänglich ist.

Basierend auf einem solchen Modell stellt sich heraus, dass das Volumen der Welt sowie die Masse ihrer Materie einem genau definierten endlichen Wert entsprechen. Der Krümmungsradius hängt von der Menge der „Materie“ (Masse) und ihrer Verdünnung (Dichte) im Universum ab.

Kosmologen begannen mit den großen Berechnungen des „Weltradius“. Laut Einstein entspricht sie 2 Milliarden Lichtjahren! Außerhalb dieses Radius gibt es aufgrund der allgemeinen „Raumkrümmung“ keine Strahlen oder Körper; kann nicht rausgehen.

Diese „moderne Idee“, die Unendlichkeit durch grenzenlose Geschlossenheit zu ersetzen, wobei der Vorwurf der Endlichkeit ein „Missverständnis“ sei, weil es keine „endlichen Geraden“ gebe, entstand spätestens in der Mitte des 19. Jahrhunderts, als sie umgesetzt wurde von Riemann 3.

Und seit anderthalb Jahrhunderten wird es durch ein Gleichnis über die lehrreichen Grenzen von Kreaturen erklärt, die flach, wie Schatten, auf einer zweidimensionalen Kugel kriechen: Da sie weder Höhe noch Tiefe kennen, stellen die weisen „flachen Kreaturen“ mit Erstaunen fest dass ihre Welt weder Anfang noch Ende hat und dennoch endlich ist.

Auf dieser Grundlage stellt sich die Frage selbst: Was liegt jenseits der Grenzen des geschlossenen Universums? - nach positivistischer Sitte antworten sie nur mit herablassender Ironie - als „bedeutungslos“, weil die Sphäre keine Grenzen kennt.

Was das photometrische Paradoxon von Olbers betrifft, so lieferte Einsteins statisches Modell nicht einmal den Anschein einer Auflösung, da sich das Licht darin ewig drehen muss.

Der Gegensatz von Anziehung und Abstoßung bedeutete die Instabilität des Universums: Der kleinste Stoß – und das Modell würde sich entweder ausdehnen – und dann würde sich unsere Insel aus Sternen und Licht im endlosen Ozean auflösen, die Welt wäre zerstört. Oder schrumpfen – je nachdem, was überwiegt, wie groß ist die Dichte der Materie auf der Welt.

Im Jahr 1922 löste der Leningrader Mathematiker A. A. Friedman Einsteins Gleichungen ohne einen kosmologischen Term und stellte fest, dass sich das Universum ausdehnen sollte, wenn die Dichte der Materie im Raum größer als 2 x 10 bis minus 29 Grad g/cm3 ist. Einstein stimmte Friedmans Schlussfolgerungen nicht sofort zu, doch 1931-1932 wies er auf ihre große grundlegende Bedeutung hin. Und als de Sitter in den 1920er Jahren in den Werken von Slipher Hinweise auf eine „Rotverschiebung“ in den Spektren von Spiralnebeln fand, die durch Hubble-Forschung bestätigt wurden, und der belgische Astronom Abbé Lemaitre mithilfe von Doppler den Grund für ihre Streuung vorschlugen, einige Physiker, darunter Einstein, sahen darin eine unerwartete experimentelle Bestätigung der Theorie des „expandierenden Universums“.

Unendlichkeit durch „grenzenlose“ Schließung zu ersetzen, ist Sophistik. Der Ausdruck „Krümmung der Raumzeit“ bedeutet physikalisch eine räumliche Veränderung („Krümmung“) des Gravitationsfeldes; Dies wird direkt oder indirekt von den größten Experten der Einstein-Theorie anerkannt. Die Komponenten des metrischen Tensors oder anderer Dimensionen der „Krümmung“ spielen darin die Rolle von Newtonschen Potentialen. Daher bezieht sich „Raum“ hier einfach auf eine Art Materie – ein Gravitationsfeld.

Hierbei handelt es sich um eine unter Positivisten verbreitete Begriffsverwirrung, die auf Platon, Hume, Maupertuis, Clifford und Poincaré zurückgeht und zu Absurditäten führt. Erstens zur Trennung von Raum und Materie: Wenn die Schwerkraft keine Materie ist, sondern nur die Form ihrer Existenz – „Raum“, dann stellt sich heraus, dass sich die „Form der Materie“ weit von „Materie“ (wie Positivisten es nur nennen) erstreckt Masse) und dort ist es gebogen und schließt sich. Zweitens führt dies zu der Vorstellung von „Raum“ als einer besonderen Substanz – zusätzlich zur Materie: „Raum“ trägt Energie und steht in ursächlicher Wechselwirkung mit der Materie. Drittens führt dies zur Absurdität von „Raum im Raum“ – der unter Positivisten üblichen Zweideutigkeit bei der Verwendung dieses Wortes: Die Geometrie des „Raums“ wird durch die Verteilung der Materie im Raum bestimmt – an diesem und jenem Ort im Raum („nahe an den Massen“) „Raum“ hat sich gekrümmt.

Unterdessen kann Einsteins „Geschlossenheit des Universums“ in Wirklichkeit die Geschlossenheit nur seiner individuellen Entstehung bedeuten, was nichts Außergewöhnliches ist: Sternensysteme, Planeten, Organismen, Moleküle, Atome und Elementarteilchen sind geschlossen. Kernkräfte reichen nicht über den Bereich von 3 x 10 bis minus 13 Grad cm hinaus, aber dieser Raum ist offen für elektromagnetische Kräfte und Gravitationskräfte.

Astronomen vermuten die Existenz von „Schwarzen Löchern“ – kollabierten Sternen mit einem so starken Gravitationsfeld, dass sie kein Licht „freisetzen“. Es kann davon ausgegangen werden, dass es irgendwo eine Grenze für die Ausbreitung der Gravitationskräfte gibt, die für andere Kräfte offen ist. In ähnlicher Weise könnte der schwarze und funkelnde Schneesturm von Galaxien, die für unsere Teleskope zugänglich sind – ein Teil der Welt, zu dem auch die uns bekannte Welt gehört – relativ geschlossen sein.

Wenn Kosmologen klar verstehen würden, dass es sich um die relative Geschlossenheit eines Teils des Universums handelt, würden Berechnungen des Radius dieses Teils bei Mystikern keine so aufgeregte Aufmerksamkeit erregen.

Wenn man verschiedene zusätzliche Bedingungen in Newtons, Einsteins und anderen Gravitationstheorien postuliert, erhält man viele mögliche kosmologische Modelle. Aber jeder von ihnen beschreibt offenbar nur einen begrenzten Bereich des Universums. Egal wie sehr wir von den Erfolgen des Wissens inspiriert sind, es ist vereinfacht und falsch, sich die ganze Welt nach dem Modell dessen vorzustellen, was wir wissen – ein eintöniger Haufen desselben, der die Eigenschaften und Gesetze seines einzelnen Teils verabsolutiert.

Unendlichkeit ist grundsätzlich mit endlichen Mitteln nicht erkennbar. Weder die Kosmologie noch irgendeine andere Spezialwissenschaft kann eine Wissenschaft über die gesamte unendliche Welt sein. Und darüber hinaus liefert eine solche Extrapolation auch Nahrung für verschiedene mystische Spekulationen.

Der gesunde Menschenverstand besagt, dass die Menschen nie mit Sicherheit wissen werden, wie das Universum entstanden ist. Ist es von selbst entstanden? Oder hat es jemand erstellt? Es ist kaum zu glauben, dass es möglich ist, auf andere grundlegende Fragen genaue Antworten zu erhalten. Ist es unendlich? Oder hat das Universum noch einen Vorteil? Und im Allgemeinen - was ist das?

Allerdings schämen sich Physiker nicht für Unsicherheit – sie präsentieren der Menschheit regelmäßig originelle Hypothesen. Und hier ist das Erstaunlichste davon: Das Universum ist ein Hologramm. Eine Art Projektion.

Der erste, der eine solch unerwartete Idee hatte, war David Bohm, ein Physiker von der University of London. Zurück in den 80ern. Nachdem sein Kollege von der Universität Paris, Alain Aspect, experimentell gezeigt hatte, dass Elementarteilchen in jeder Entfernung – sogar Millionen von Lichtjahren – sofort Informationen austauschen können. Das heißt, im Gegensatz zu Einstein, Wechselwirkungen mit Überlichtgeschwindigkeit durchzuführen und tatsächlich die Zeitbarriere zu überwinden. Dies, so schlug Bohm vor, könnte möglich sein, wenn unsere Welt nur ein Hologramm wäre. Und jeder Abschnitt enthält Informationen über das Ganze – über das gesamte Universum.

Völlig absurd, so scheint es. Doch in den 90er Jahren wurde er vom Nobelpreisträger für Physik Gerard 't Hooft von der Universität Utrecht (Niederlande) und Leonard Susskind von der Stanford University (USA) unterstützt. Aus ihren Erklärungen folgte, dass das Universum eine holographische Projektion physikalischer Prozesse ist, die im zweidimensionalen Raum ablaufen. Das heißt, auf einer bestimmten Ebene. Sie können sich dies vorstellen, indem Sie sich ein beliebiges holografisches Bild ansehen. Zum Beispiel auf einer Kreditkarte platziert. Das Bild ist flach, erzeugt aber die Illusion eines dreidimensionalen Objekts.

Ehrlich gesagt ist es sehr schwierig, ja unmöglich zu glauben, dass wir eine Illusion, ein Phantom, eine Fabel sind. Oder zumindest eine Matrix, wie im gleichnamigen Film. Aber kürzlich gab es dafür eine fast materielle Bestätigung.

In Deutschland, in der Nähe von Hannover, ist seit siebtem Jahr ein riesiges Interferometer, ein Gerät namens GEO600, in Betrieb. Vom Maßstab her ist er dem skandalösen Hadronenbeschleuniger nur geringfügig unterlegen. Mit Hilfe eines Interferometers wollen Physiker die sogenannten Gravitationswellen einfangen – solche, die existieren müssten, wenn man den Schlussfolgerungen von Einsteins Relativitätstheorie glaubt. Sie sind eine Art Welle im Raum-Zeit-Gefüge, die bei einigen Kataklysmen im Universum entstehen muss, beispielsweise bei Supernova-Explosionen. Wie Kreise auf dem Wasser eines Kieselsteins.

Die Essenz des Angelns ist einfach. Zwei Laserstrahlen werden senkrecht zueinander durch 600 Meter lange Rohre geleitet. Dann bringen sie es zusammen. Und sie betrachten das Ergebnis – das Interferenzmuster. Wenn eine Welle kommt, komprimiert sie den Raum in einer Richtung und dehnt ihn in einer senkrechten Richtung aus. Die von den Strahlen zurückgelegten Distanzen werden sich ändern. Und das wird auf demselben Bild sichtbar sein.

Leider konnte sieben Jahre lang nichts beobachtet werden, was Gravitationswellen ähnelte. Aber Wissenschaftler haben möglicherweise eine viel aufregendere Entdeckung gemacht. Nämlich, um die „Körner“ zu erkennen, aus denen unsere spezifische Raumzeit besteht. Und wie sich herausstellt, steht dies in direktem Zusammenhang mit dem holographischen Bild des Universums.

Quantenphysiker mögen mir die grobe Erklärung verzeihen, aber das ist es, was aus ihren abstrusen Theorien folgt. Das Gefüge der Raumzeit ist körnig. Wie ein Foto. Wenn man es ständig vergrößert (wie auf einem Computer), kommt der Moment, in dem das „Bild“ so aussieht, als bestehe es aus Pixeln – solchen unvorstellbar kleinen Elementen. Und es ist allgemein anerkannt, dass die lineare Größe eines solchen Elements – die sogenannte Planck-Länge – nicht weniger als 1,6 mal 10 hoch minus 35 Meter betragen darf. Es ist unvergleichlich kleiner als ein Proton. Das Universum besteht angeblich aus diesen „Körnern“. Es ist unmöglich, es experimentell zu bestätigen – man kann nur glauben.

Es gibt Grund zu der Annahme, dass Experimente bei GEO600 gezeigt haben, dass die „Körner“ in Wirklichkeit viel größer sind – milliardenfach. Und es sind Würfel mit einer Seitenlänge von 10 hoch minus 16 Potenzen eines Meters.

Die Existenz großer Pixel wurde kürzlich von einem der Entdecker der Dunklen Energie, Craig Hogan, Direktor des Fermilab Center for Particle Astrophysics und Teilzeitprofessor für Astronomie und Astrophysik an der University of Chicago, bekannt gegeben. Er vermutete, dass sie bei Experimenten zum Einfangen von Gravitationswellen entdeckt worden sein könnten. Ich fragte meine Kollegen, ob sie etwas Seltsames sahen, etwa eine Störung. Und ich erhielt die Antwort: Sie schauen zu. Und gerade Einmischung ist eine Art „Lärm“, der die weitere Arbeit stört.

Hogan glaubt, dass Forscher diese sehr großen Pixel im Raum-Zeit-Gefüge entdeckt haben – sie sind diejenigen, die „Lärm machen“ und zittern.

Hogan stellt sich das Universum als eine Kugel vor, deren Oberfläche mit Elementen der Planck-Länge bedeckt ist. Und jedes trägt eine Informationseinheit – ein bisschen. Und was sich darin befindet, ist das Hologramm, das sie erstellt haben.

Hier gibt es natürlich ein Paradoxon. Nach dem holographischen Prinzip muss die Menge der auf der Oberfläche der Kugel enthaltenen Informationen mit der Menge im Inneren übereinstimmen. Und davon gibt es deutlich mehr Volumen.

Kein Problem, glaubt der Wissenschaftler. Wenn sich herausstellt, dass die „internen“ Pixel viel größer sind als die „externen“, dann ist die gewünschte Gleichheit erfüllt. Und so geschah es. Von der Größe her.

Indem sie über das Hologramm sprachen, haben Wissenschaftler – und davon gibt es bereits viele – dem Universum eine noch komplexere Essenz verliehen, als man es sich bisher hätte vorstellen können. Hier können wir sicherlich nicht auf die Frage verzichten: Wer hat sich so viel Mühe gegeben? Vielleicht ist Gott ein Wesen höherer Ordnung als wir – primitive Hologramme. Aber dann lohnt es sich kaum, in unserem Universum danach zu suchen. Er hätte sich nicht selbst erschaffen können und jetzt in Form eines Hologramms darin sein?! Aber der Schöpfer könnte durchaus draußen sein. Aber das sehen wir nicht.

Seit 2001 fliegt eine Sonde namens WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) im Weltraum. Es fängt „Signale“ ein – die sogenannten Schwankungen des Mikrowellenhintergrunds – Strahlung, die den Raum erfüllt. Bisher habe ich so viel gefangen, dass es möglich war, eine Karte dieser Strahlung zu erstellen – Wissenschaftler nennen sie Reliktstrahlung. Es ist seit der Geburt des Universums erhalten geblieben.

Durch die Analyse der Karte haben Astrophysiker ihrer Meinung nach genau das Alter des Universums berechnet – es entstand vor genau 13,7 Milliarden Jahren. Wir kamen zu dem Schluss, dass das Universum nicht unendlich ist. Und es ist eine Kugel, als wäre sie in sich geschlossen.

Der Ball sei natürlich riesig, sagt Douglas Scott von der University of British Columbia (Kanada), aber nicht so riesig, dass man ihn als unendlich bezeichnen könnte.

Auch „Holographen“ sprechen vom Ball. Und das gibt uns illusorische Hoffnungen. Es ist möglich, dass Wissenschaftler durch die Entwicklung geeigneter Werkzeuge in das Innere dieses Hologramms eindringen können. Und sie werden beginnen, aufgezeichnete Informationen daraus zu extrahieren – Bilder der Vergangenheit und sogar der Zukunft. Oder ferne Welten. Plötzlich eröffnet sich die Möglichkeit, durch die Raumzeit hin und her zu reisen. Da sowohl wir als auch es Hologramme sind...

Im Alltag hat der Mensch meist mit endlichen Mengen zu tun. Daher kann es sehr schwierig sein, sich eine unbegrenzte Unendlichkeit vorzustellen. Dieses Konzept ist von einer Aura des Mysteriums und der Ungewöhnlichkeit umgeben, die sich mit der Ehrfurcht vor dem Universum vermischt, dessen Grenzen kaum zu bestimmen sind.

Die räumliche Unendlichkeit der Welt gehört zu den komplexesten und umstrittensten wissenschaftlichen Problemen. Antike Philosophen und Astronomen versuchten, dieses Problem durch einfachste logische Konstruktionen zu lösen. Dazu genügte die Annahme, dass es möglich sei, den vermeintlichen Rand des Universums zu erreichen. Wenn man aber in diesem Moment die Hand ausstreckt, verschiebt sich die Grenze ein Stück weiter. Dieser Vorgang kann unzählige Male wiederholt werden, was die Unendlichkeit des Universums beweist.

Die Unendlichkeit des Universums ist schwer vorstellbar, aber nicht weniger schwierig ist es, wie eine begrenzte Welt aussehen könnte. Selbst für diejenigen, die im Studium der Kosmologie nicht sehr fortgeschritten sind, stellt sich in diesem Fall natürlich die Frage: Was liegt jenseits der Grenzen des Universums? Eine solche auf gesundem Menschenverstand und Alltagserfahrung basierende Argumentation kann jedoch nicht als solide Grundlage für strenge wissenschaftliche Schlussfolgerungen dienen.

Moderne Vorstellungen über die Unendlichkeit des Universums

Moderne Wissenschaftler sind bei der Erforschung zahlreicher kosmologischer Paradoxien zu dem Schluss gekommen, dass die Existenz eines endlichen Universums grundsätzlich den Gesetzen der Physik widerspricht. Die Welt jenseits des Planeten Erde kennt offenbar weder räumliche noch zeitliche Grenzen. In diesem Sinne bedeutet Unendlichkeit, dass weder die im Universum enthaltene Materiemenge noch seine geometrischen Abmessungen selbst durch die größte Zahl ausgedrückt werden können („Evolution des Universums“, I.D. Novikov, 1983).

Selbst wenn wir die Hypothese berücksichtigen, dass das Universum vor etwa 14 Milliarden Jahren als Ergebnis des sogenannten Urknalls entstand, bedeutet dies möglicherweise nur, dass die Welt in diesen extrem fernen Zeiten eine weitere Phase der natürlichen Transformation durchlief. Im Allgemeinen ist das unendliche Universum nie als Ergebnis eines anfänglichen Impulses oder der unerklärlichen Entwicklung eines immateriellen Objekts entstanden. Die Annahme eines unendlichen Universums macht der Hypothese der göttlichen Erschaffung der Welt ein Ende.

Im Jahr 2014 veröffentlichten amerikanische Astronomen die Ergebnisse der neuesten Forschung, die die Hypothese der Existenz eines unendlichen und flachen Universums bestätigten. Wissenschaftler haben mit hoher Präzision die Entfernung zwischen Galaxien gemessen, die mehrere Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt liegen. Es stellte sich heraus, dass diese kolossalen Sternhaufen auf Kreisen mit konstantem Radius liegen. Das von den Forschern erstellte kosmologische Modell beweist indirekt, dass das Universum sowohl räumlich als auch zeitlich unendlich ist.