facebook twitter google+



Loading...

Растяжимые понятия

14 июня 2018 Просмотров: 2855 Нравится: 0 | Не нравится: 0  
Плоское пространство, открытое и закрытое.

Наша Вселенная, как сейчас утверждают космологи, возникла в тот момент Большого взрыва, когда плотность и температура материи достигали невероятно огромных значений: температура была около 1032 Кельвинов, а плотность — 1093 г/см3!

Большому взрыву предшествовала чрезвычайно короткая стадия расширения пространства, названная ими инфляционной по аналогии с обычной инфляцией в экономике. В экономике этот промежуток времени исчисляется годами или даже (при низкой инфляции) десятилетиями, а при космической инфляции размер пространства ещё, по сути, не родившейся Вселенной удваивался за «планковское время», то есть за каждые 10-43 секунды! Через малую долю секунды после начала инфляционного процесса пространство расширилось чуть ли не до размеров нынешней Вселенной!

Разве это возможно? Ведь ничто материальное не может перемещаться со сверхсветовыми скоростями. Верно — но расширялось не вещество, которого тогда ещё не было, а само пространство, пустое ничто. Точнее — так называемый ложный вакуум, в котором происходили квантовые флуктуации.

Как выяснили физики, пустое пространство, вакуум (в обычном нашем представлении — ничто!) может находиться в различных физических состояниях. Есть, например, обычный вакуум в состоянии с минимальной энергией, а есть вакуум ложный — его энергия минимальна лишь локально. Этот минимум неустойчив, и ложный вакуум в конце концов переходит в состояние обычного вакуума.

Одна из квантовых флуктуаций в ложном вакууме и привела к тому, что силы гравитационного отталкивания значительно превысили силу притяжения, и пространство начало чрезвычайно быстро «раздуваться». В принципе, такое «раздувание» может продолжаться вечно («бесконечная инфляция», по Гуту), но ложный вакуум, к счастью для нас, нестабилен, и в какой-то момент в какой-то точке «раздувающегося» пространства он распался. Произошёл, как говорят физики, фазовый переход — ложный вакуум перешёл в более устойчивое состояние с низкой энергией и превратился в обычный вакуум. А вся «лишняя» энергия ложного вакуума выделилась, вот тогда-то и возник раскалённый до невообразимых температур шар из обычного вещества и излучения, продолживший по инерции расширяться, со скоростью, меньшей, чем скорость света. Родились протоны и электроны, через несколько сотен тысячелетий они объединились в атомы водорода, затем возникли первые звёзды, галактики, скопления галактик, планеты, в том числе Земля…

Но Большой взрыв происходит там, где ложный вакуум превращается в обычный. В целом же инфляция продолжается, пространство «раздувается», и родившаяся Вселенная оказывается погружена в этот безудержно расширяющийся ложный вакуум. В другой его точке тоже происходит переход нестабильного вакуума в обычный, и наблюдается ещё один Большой взрыв, рождается ещё одна вселенная. И в третьей точке, четвёртой, пятой… миллионной… 

 Рождается огромное (возможно, бесконечное!) количество вселенных, и каждая из них живёт по своим физическим законам («хаотическая инфляция», по Линде). Одни вселенные существуют доли секунды и «схлопываются», поскольку плотность массы оказывается слишком большой. Другие живут бесконечно долго, если плотность массы в них мала. Новорождённые вселенные состоят из обычной материи, которая не может перемещаться быстрее света. А ложный вакуум, куда эти вселенные погружены, продолжает «раздуваться», пространство между вселенными увеличивается со сверхсветовой скоростью, и, значит, рождённые вселенные очень быстро удаляются друг от друга на такие огромные расстояния, что всякие контакты между ними становятся невозможны.

Теория инфляции легко и естественно разрешила проблему плоской Вселенной. Если Большому взрыву предшествовала инфляция, то нынешняя Вселенная просто обязана быть плоской! 

Как становится (выглядит!) практически плоской поверхность во много раз раздутого воздушного шара.

Правда, в реальности, как обычно, всё сложнее и интереснее! В восьмидесятые годы прошлого века техника астрофизических наблюдений позволила наконец достаточно надёжно определить плотность видимого вещества во Вселенной. Оказалось, что плотность эта слишком мала, всего лишь около процента от критической, предсказанной теорией инфляции.

Разочарование, впрочем, продолжалось недолго. В те же восьмидесятые годы удалось измерить массы галактик (по скорости их вращения и светимости), и заново измеренные массы оказались на порядок больше тех, что получались прежде (только по величине светимости). Наблюдения показывали, что в галактиках присутствует невидимая масса, проявляющая себя лишь своим полем тяжести. И масса эта (её назвали тёмным веществом) гораздо больше массы всех видимых в телескопы объектов. 

Инфляционная теория «повисла на волоске»: она предсказывала практически плоскую Вселенную, а наблюдения свидетельствовали, что Вселенная втрое менее массивна и, следовательно, подчиняется неевклидовой геометрии Лобачевского, то есть имеет вид седла бесконечных размеров.

Спасла теорию идея, которую выдвинул ещё Эйнштейн в 1917 году. Идея, от которой Эйнштейн впоследствии отказался, назвав её «величайшей ошибкой». Об этой идее физики забыли надолго, но через три четверти века вспомнили, когда старались найти во Вселенной что-нибудь, что сделало бы её плоской. И нашли. 

Скрытую энергию вакуума, ту самую, которая вносит вклад в общую плотность материи во Вселенной.

Тёмная энергия расталкивает Вселенную, заставляет её расширяться быстрее.

Теоретически всё прекрасно сошлось: по современным данным, всего лишь 4% массы Вселенной составляет видимое в телескопы вещество (галактики, звёзды, плазма, пыль, газ), ещё 22% — невидимое вещество, проявляющее себя только полем тяжести. Возможно, это какие-то неизвестные пока науке элементарные частицы. А остальная масса (74%) приходится на неизвестное поле, обладающее огромной энергией (её назвали тёмной), равномерно распределённой по всему объёму видимой Вселенной.

Плотность вещества (обычного и тёмного) при расширении Вселенной, естественно, уменьшается, но плотность тёмной энергии остаётся неизменной в любой точке и в любой момент времени, начиная с Большого взрыва.

Отсюда следует очень любопытная и важная вещь. Сейчас плотность тёмной энергии больше, чем плотность вещества (обычного и тёмного): соответственно 74 и 26%. В прошлом было наоборот. А это, в свою очередь, означает, что в былые времена силы притяжения во Вселенной преобладали над силами отталкивания и расширение замедлялось. Но в какой-то момент силы отталкивания стали больше сил притяжения и Вселенная стала разгоняться, как автомобиль на трассе.

Подтвердилось и другое предсказание. В инфляционной теории ложный вакуум — то ничто, из которого возникла Вселенная, — чрезвычайно однороден. Однако и в самой однородной «пустоте», если верны квантовые законы (а ещё не обнаружено ни одного случая, когда эти законы нарушались бы!), неизбежно возникают флуктуации, поскольку действует принцип неопределённости. Флуктуации должны были возникать и в ложном вакууме, а инфляция эти флуктуации растянула в пространстве. Большой взрыв закрепил флуктуации в виде незначительной разницы в плотности и температуре возникшего вещества. Если теория верна, то сейчас первичные флуктуации должны проявлять себя как слабые вариации температуры и яркости реликтового микроволнового излучения. 

И можно представить волнение теоретиков, когда запущенный в 2006 году спутник WMAP действительно отсканировал реликтовый фон с такой картиной флуктуаций.

После полёта WMAP у физиков исчезли сомнения в том, что Большому взрыву предшествовал чрезвычайно краткий период безудержного расширения ложного вакуума — пустого, по сути, пространства.

Теория инфляции победила, и в правоте её сейчас нет сомнений у подавляющего большинства физиков. Предсказания этой теории оправдываются с потрясающей точностью: и то, что Вселенная плоская, и то, что она однородна на больших масштабах, и то, что существует микроволновое излучение, оставшееся от Большого взрыва, и то, что в микроволновом фоне есть предсказанные флуктуации плотности и температуры.

Хорошая теория не может быть правильной в одном и неправильной в другом. Если из теории следуют, скажем, два вывода, а пока удалось подтвердить один, это не означает, что второй, пока неподтверждённый, можно объявить неверным — тогда придётся и всю теорию считать неправильной!

А из теории следует, что, во-первых, однажды начавшись, инфляция продолжается вечно и, во-вторых, в раздувающемся вакууме всё время возникают «островки» вакуума обычного, постоянно происходят Большие взрывы, рождаются новые вселенные. Может случиться, что две «соседние» вселенные расширяются одна навстречу другой. Тогда они могут столкнуться, и, наблюдая микроволновый фон, мы, по идее, можем увидеть следы столкновения миров. Выглядеть это должно как большое «пятно» в микроволновом излучении (не мелкая флуктуация, появление которой объясняется квантовыми эффектами, а большое пятно размером в несколько градусов). Подобные пятна действительно были обнаружены в 2011 году на картах микроволнового фона, полученных по данным спутника «Планк».

Теория бесконечной и хаотической инфляции подтверждается наблюдениями с такой точностью, какой до сих пор не было в космологической науке. Да и вообще, в астрофизике немного можно найти теорий, столь успешных и соответствующих реальности.

Смогут ли физики подтвердить существование иных вселенных, также предсказанных теорией вечной и хаотической инфляции? Вот хорошая задача, космологией ещё не решённая. Есть чем заняться в будущем.

по материалам: П. Амнуэля

Оставить комментарий: 0 шт. 

Последние новости

21 февраля 2019

Физкультурный резерв

Вопрос с энергоснабжением Славкурорта завис в воздухе

Тарифы на проезд в общественном транспорте пересматривать не будут

Проверьте, попал ли ваш дом в программу бесплатной установки счетчиков

Славянские депутаты хотят наказать «ПриватБанк» за сорванный лизинг

Лизинг как школа жизни для городской власти

Спорный МАФ на Шевченко снесут. Бульварной - приготовиться

Ленина предлагают распилить на скульптуры

В Славянске стало почти на 300 безработных больше

Полиция и город создадут коалицию против «черных лесорубов»

Что планируется сделать в парке «Шелковичный» в этом году

Родители против: объединение двух учебных заведений Славянска может не состояться

В Славянске почтили память героев Небесной сотни

В Славянске вспоминали земляков, погибших в Афганистане

Опросили и отпустили: зачем митрополита доставляли в горотдел

Взрыв газа в квартире: как и почему это произошло

Дело о взрыве газового баллона в автобусе наконец в суде

Почему перенесли суд по жестокому обращению с животными

«Мерседес» травмировал пешехода

Для связи на стороне

20 февраля 2019

«Динамо» и «Шахтер» в Лиге Европы: результативные ничьи в Пиреях и Харькове

17 наград славянских кикбоксеров

Областные соревнования по боевому джиу-джитсу

ФК «Славянск» - серебряный призер зимнего чемпионата области по футболу

19 февраля 2019

Лента спортивных новостей — знаковые события этого года

14 февраля 2019

Жителям Славкурорта отключили свет за долги «Укрпрофздравницы»

Из Славянска забрали дело Савченко

Какие памятники архитектуры Славянска паспортизируют в первую очередь

На фасаде старого ЗАГСа уничтожены декоративные элементы

Зависит от родителей: станет ли ООШ №17 гимназией и лицеем

Почему тепло в квартирах в январе оказалось дороже декабрьского

Также в разделе

Для связи на стороне

— 21 февраля 2019 —

Мост имени Патона -  один из  мостов через Днепр в Киеве. Первый в мире цельносварной  объект длиной 1543 метра, у которого все швы, включая монтажные, выполнены автоматической сваркой. Главную роль в проектировании и строительстве моста сыграл академик Евгений Оскарович Патон. В его честь и назвали впоследствии это сооружение.

Читать далее ⇒

Одного поля ягоды

— 14 февраля 2019 —

В нынешнем году исполняется 160 лет со дня рождения незаурядного американского президента. Известно, что мужские представители этой аристократической в США фамилии обладали завидной психо-нравственной генетикой.

Читать далее ⇒

Половодье чувств

— 7 февраля 2019 —

Голландцы спокойно спали в роковую ночь на 1 февраля 1953 года. Они были уверены, что  прочно построенная защитная система дамб и волнорезов устоит в  любой шторм.

Читать далее ⇒

Величие братьев меньших

— 31 января 2019 —

Один из самых известных ветеранов боевых действий времен Первой мировой войны в США - беспризорный бультерьер из Нью-Хейвена, чьи военные действия сделали его первой  и единственной военной собакой, получившей звание сержанта.

Читать далее ⇒

Все материалы рубрики ⇒

 

Комментарии к статье «Растяжимые понятия»

Наша Вселенная, как сейчас утверждают космологи, возникла в тот момент Большого взрыва, когда плотность и температура материи достигали невероятно огромных значений: температура была около 1032 Кельвинов, а плотность — 1093 г/см3!

Для добавления комментария необходимо авторизироваться, используя:

Приветствую, гость!   Вход

Последние новости

21 февраля 2019

Физкультурный резерв

Вопрос с энергоснабжением Славкурорта завис в воздухе

Тарифы на проезд в общественном транспорте пересматривать не будут

Проверьте, попал ли ваш дом в программу бесплатной установки счетчиков

Славянские депутаты хотят наказать «ПриватБанк» за сорванный лизинг

Лизинг как школа жизни для городской власти

Спорный МАФ на Шевченко снесут. Бульварной - приготовиться

Ленина предлагают распилить на скульптуры

В Славянске стало почти на 300 безработных больше

Полиция и город создадут коалицию против «черных лесорубов»

Что планируется сделать в парке «Шелковичный» в этом году

Родители против: объединение двух учебных заведений Славянска может не состояться

В Славянске почтили память героев Небесной сотни

В Славянске вспоминали земляков, погибших в Афганистане

Опросили и отпустили: зачем митрополита доставляли в горотдел

Взрыв газа в квартире: как и почему это произошло

Дело о взрыве газового баллона в автобусе наконец в суде

Почему перенесли суд по жестокому обращению с животными

«Мерседес» травмировал пешехода

Для связи на стороне

20 февраля 2019

«Динамо» и «Шахтер» в Лиге Европы: результативные ничьи в Пиреях и Харькове

17 наград славянских кикбоксеров

Областные соревнования по боевому джиу-джитсу

ФК «Славянск» - серебряный призер зимнего чемпионата области по футболу

19 февраля 2019

Лента спортивных новостей — знаковые события этого года

14 февраля 2019

Жителям Славкурорта отключили свет за долги «Укрпрофздравницы»

Из Славянска забрали дело Савченко

Какие памятники архитектуры Славянска паспортизируют в первую очередь

На фасаде старого ЗАГСа уничтожены декоративные элементы

Зависит от родителей: станет ли ООШ №17 гимназией и лицеем

Почему тепло в квартирах в январе оказалось дороже декабрьского

 
Loading...



Славянск TOP-20
Top