Чи достатньо ми розумні, щоб зрозуміти всесвіт?
Спостережуваний Всесвіт іноді можна подати на тарілці, як це недавно зробив музикант Пабло Карлос Будассі, об'єднавши логарифмічні карти Прінстонського університету та НАСА в один кольоровий диск. Це геоцентрична модель – Земля знаходиться у центрі плити, а плазма Великого вибуху – з обох боків.
Візуалізація така ж хороша, як і будь-яка інша, і навіть краще за інших, тому що вона близька до людської точки зору. Існує безліч теорій про структуру, динаміку та долю Всесвіту, і космологічна парадигма, прийнята десятиліттями, здається, останнім часом злегка руйнується. Наприклад, все частіше лунають голоси, що заперечують теорію Великого вибуху.
Всесвіт — це дивний сад, розписаний роками в «мейнстрімі» фізики та космології, наповнений химерними явищами, такими як гігантські квазари летить від нас з запаморочливою швидкістю, темна матеріяякий ніхто не виявив і який не показує ознак прискорювачів, але «необхідний» для пояснення надто швидкого обертання галактики, і, нарешті, великий вибухщо прирікає всю фізику на боротьбу з незрозумілим принаймні на даний момент, особливість.
феєрверків не було
Своєрідність Великого вибуху прямо і неминуче випливає із математики загальної теорії відносності. Однак деякі вчені бачать у цьому проблематичне явище, тому що математика може пояснити лише те, що сталося відразу після… – але вона не знає, що було в той самий своєрідний момент перед великим феєрверком (2).
Багато вчених ухиляються від цієї особливості. Хоча б тому, як він нещодавно висловився Алі Ахмед Фарах з Бенського університету в Єгипті, закони фізики там перестають працювати. Фараг разом із колегою Саурія Дасем з Університету Летбріджа в Канаді, представив у статті, опублікованій в 2015 році в «Physics Letters B», модель, в якій Всесвіт немає ні початку, ні кінця, а значить, немає і сингулярності.
Обидва фізики були надихнуті своєю роботою. Девід Бом із 50-х років. Він розглядав можливість заміни відомих із загальної теорії відносності геодезичних ліній (найкоротших ліній, що з'єднують дві точки) квантовими траєкторіями. У своїй статті Фараг та Дас застосували ці траєкторії Бома до рівняння, розробленого у 1950 році фізиком Амала Кумара Райчаудхурі з університету Калькутти. Райчаудхурі також був учителем Даса, коли той навчався у 90. Використовуючи рівняння Райчаудхурі, Алі та Дас отримали квантову поправку Рівняння Фрідманаяка, своєю чергою, описує еволюцію Всесвіту (включаючи Великий вибух) у тих загальної теорії відносності. Хоча ця модель і не є істинною теорією квантової гравітації, вона включає елементи як квантової теорії, так і загальної теорії відносності. Фараг і Дас також очікують, що їхні результати будуть вірними, навіть коли буде остаточно сформульовано повну теорію квантової гравітації.
Теорія Фараг-Даса не передбачає ні Великий Вибух, ні великий крах повернутися до стану сингулярності. Квантові траєкторії, використовувані Фарагом і Дасом, будь-коли з'єднуються і, отже, будь-коли утворюють сингулярну точку. З космологічної точки зору, пояснюють вчені, квантові поправки можна розглядати як космологічну постійну і немає необхідності вводити темну енергію. Космологічна стала призводить до того, що рішенням рівнянь Ейнштейна може бути світ кінцевого розміру і нескінченного віку.
Це не єдина теорія останнім часом, яка підриває уявлення про Великий Вибух. Наприклад, існують гіпотези, що коли з'явився час та простір, воно зародилося і другий всесвітв якому час тече. Це бачення представлене міжнародною групою фізиків, що складається з: Тім Козловський з Університету Нью-Брансуїка, Ринки Flavio Периметр Інституту теоретичної фізики та Джуліан Барбура. Два Всесвіти, що утворилися під час Великого Вибуху, у цій теорії повинні бути дзеркальними відображеннями самих себе.3), тому в них інші закони фізики та інше відчуття перебігу часу. Можливо, вони проникають одна в одну. Чи тече час у них уперед чи назад, визначає контраст між високою та низькою ентропією.
У свою чергу, автор ще однієї нової пропозиції за моделлю всього, Вун-Джи Шу з Тайванського національного університету описує час і простір не як окремі речі, а як тісно пов'язані речі, які можуть перетворюватися одна на іншу. Ні швидкість світла, ні гравітаційна стала не є інваріантними в цій моделі, але є факторами перетворення часу та маси у розмір та простір у міру розширення Всесвіту. Теорію Шу, як і багато інших концепцій в академічному світі, звичайно, можна розглядати як фантазію, але модель Всесвіту, що розширюється, з 68% темної енергії, яка викликає розширення, також проблематична. Деякі відзначають, що за допомогою цієї теорії вчені «замістили під килим» фізичний закон збереження енергії. Тайванська теорія не порушує принципів збереження енергії, але має проблему з мікрохвильовим фоновим випромінюванням, яке вважається пережитком Великого вибуху. Щось для чогось.
Ви не можете бачити темну і все
Кандидати на почесне звання темна матерія Багато. Слабо взаємодіючі масивні частинки, сильно взаємодіючі масивні частинки, стерильні нейтрино, нейтрино, аксіони — ось лише деякі з рішень таємниці «невидимої» матерії у Всесвіті, які пропонувалися теоретиками.
Протягом десятиліть найпопулярнішими кандидатами були гіпотетичні, важкі (вдесятеро важчі за протон) слабко взаємодіючі частинки, звані вімпами. Передбачалося, що вони були активні в початковій фазі існування Всесвіту, але в міру її остигання та розльоту частинок їхня взаємодія згасала. Розрахунки показали, що загальна маса вимпів повинна була бути вп'ятеро більшою, ніж у звичайної матерії, що рівно стільки, скільки було оцінено темною матерією.
Проте жодних слідів вимпів виявлено не було. Так що зараз популярніше говорити про пошук стерильні нейтрино, гіпотетичні частинки темної матерії з нульовим електричним зарядом та дуже малою масою. Іноді стерильні нейтрино розглядають як четверте покоління нейтрино (поряд з електронними, мюонними та тау-нейтрино). Його характерною особливістю є те, що він взаємодіє з речовиною лише під дією сили тяжіння. Позначається символом νs.
Нейтринні осциляції теоретично можуть зробити мюонні нейтрино стерильними, що зменшить їх кількість у детекторі. Це особливо можливо після того, як пучок нейтрино пройшов через область речовини з високою щільністю, таку як ядро Землі. Тому детектор IceCube на Південному полюсі використовувався для спостереження нейтрино, що приходять з Північної півкулі в діапазоні енергій від 320 ГеВ до 20 ТеВ, де очікувався сильний сигнал у присутності нейтрино стерильних. На жаль, аналіз даних подій дозволив виключити існування стерильних нейтрино в доступній області простору параметрів, т.зв. рівень вірогідності 99%.
У липні 2016 року, після двадцяти місяців експерименту в детекторі Large Underground Xenon (LUX), ученим нічого було сказати, крім того, що вони нічого не виявили. Так само вчені з лабораторії Міжнародної космічної станції та фізики з ЦЕРН, які розраховували на виробництво темної матерії у другій частині Великого адронного колайдера, нічого не говорять про темну матерію.
Тож треба дивитися далі. Вчені кажуть, що, можливо, темна матерія — це щось зовсім відмінне від вимпів і нейтрино, або чого б там не було, і вони будують LUX-ZEPLIN, новий детектор, який має бути в сімдесят разів більш чутливим, ніж нинішній.
Наука сумнівається в тому, чи існує таке поняття, як темна матерія, і все ж таки недавно астрономи спостерігали галактику, яка, незважаючи на свою масу, подібну до Чумацького Шляху, на 99,99% складається з темної матерії. Інформацію про відкриття надала обсерваторія В.М. Кека. Це про галактика Бабка 44 (Стрекоза 44). Його існування було підтверджено лише минулого року, коли мережа телескопів Dragonfly Telephoto Array спостерігала фрагмент неба у сузір'ї Коси Береники. Виявилося, що галактика містить набагато більше, ніж здається здавалося б. Оскільки в ньому мало зірок, він би швидко розпався, якби якась таємнича річ не допомогла утримати разом його об'єкти. Темна матерія?
Моделювання?
гіпотеза Всесвіт як голограманезважаючи на те, що нею займаються люди з серйозними вченими ступенями, вона досі сприймається як туманна область на межі науки. Можливо тому, що вчені теж люди, і їм важко змиритися з ментальними наслідками досліджень щодо цього. Хуан Малдасенапочинаючи з теорії струн, він виклав бачення Всесвіту, в якому струни, що вібрують у дев'ятивимірному просторі, створюють нашу реальність, яка є лише голограмою — проекцією плоского світу без гравітації..
Результати дослідження австрійських учених, опубліковані у 2015 році, свідчать про те, що Всесвіту потрібно менше вимірів, ніж передбачалося. Тривимірний всесвіт може бути просто двовимірною інформаційною структурою на космологічному горизонті. Вчені порівнюють її з голограмами, знайденими на кредитних картках, — вони насправді двомірні, хоча ми бачимо їх тривимірними. Згідно з Даніела Грумільєра з Віденського технологічного університету, наш Всесвіт досить плоский і має позитивну кривизну. Груміллер пояснив у Physical Review Letters, що якщо квантова гравітація в плоскому просторі допускає голографічне опис за допомогою стандартної квантової теорії, то також мають існувати фізичні величини, які можна обчислити в обох теоріях, і результати мають збігатися. Зокрема, одна ключова особливість квантової механіки – квантова заплутаність – має проявитися в теорії гравітації.
Дехто йде далі, говорячи не про голографічну проекцію, а навіть про комп'ютерне моделювання. Два роки тому відомий астрофізик, лауреат Нобелівської премії, Джордж Смут, надав аргументи, що людство живе всередині такої комп'ютерної симуляції. Він стверджує, що це можливо, наприклад, завдяки розвитку комп'ютерних ігор, які теоретично складають ядро віртуальної реальності. Чи будуть люди колись створювати реалістичні симуляції? Відповідь так», — сказав він в одному з інтерв'ю. «Очевидно, що у цьому питанні досягнуто значного прогресу. Просто подивіться на перший “Pong” та ігри, зроблені сьогодні. Приблизно 2045 року ми зможемо переносити наші думки до комп'ютерів вже зовсім скоро».
Всесвіт як голографічна проекція
Враховуючи, що ми вже можемо картувати певні нейрони в мозку завдяки використанню магнітно-резонансної томографії, використання цієї технології для інших цілей не має бути проблемою. Потім може працювати віртуальна реальність, яка дозволяє контактувати з тисячами людей та забезпечує форму стимуляції мозку. За словами Смута, це могло відбуватися в минулому, і наш світ є просунутою мережею віртуальних симуляцій. Більше того, це могло відбуватися безліч разів! Так що ми можемо жити в симуляції, що знаходиться в іншій симуляції, міститься в іншій симуляції, яка... і так далі, до безкінечності.
Світ, а тим паче Всесвіт, на жаль, не дано нам на тарілці. Швидше, ми самі є частиною дуже маленької страв, які, як видно з деяких гіпотез, могли бути приготовлені не для нас.
Чи зможе та незначна частина Всесвіту, яку ми принаймні в матеріалістичному сенсі колись пізнати всю структуру? Чи достатньо ми розумні, щоб зрозуміти та осягнути таємницю Всесвіту? Можливо, ні. Однак якби ми колись вирішили, що зрештою зазнаємо невдачі, важко було б не помітити, що це також було б, у певному сенсі, свого роду остаточним розумінням природи всіх речей.
