10 сумасбродных теорий о природе нашей Вселенной / Хабр
Почему наша Вселенная именно такая? Учёные перебрали уже множество способов объяснить природу нашего мира, поэтому в процессе родилось несколько довольно безумных идей.
Почему наша Вселенная именно такая? За много лет учёные перебрали уже множество способов объяснить природу нашего мира и предсказать его будущее. Вот несколько их самых странных идей.
1. Космология бран
Мы принимаем трёхмерность Вселенной как нечто само собой разумеющееся – ведь мы можем двигаться только в одном из трёх перпендикулярных направлений. Однако некоторые теории говорят о наличии ещё одного пространственного измерения, которое мы не способны воспринимать напрямую, существующего ещё в одном перпендикулярном направлении. Это пространство высших измерений называется «балк», а наша Вселенная в таком случае – это трёхмерная мембрана, или «брана», плавающая внутри него.
Звучит сложно, однако космология бран решает сразу несколько проблем физики. К примеру, физики-теоретики Лиза Рэндал из Гарварда и Раман Сандрам из Мэрилендского университета предложили вариант космологии бран, объясняющий асимметрию субатомных частиц существованием других бран, параллельных нашей. Однако теория не просто должна объяснять известные нам факты – она должна делать предсказания, которые можно было бы проверить экспериментально. В случае с моделью Рэндал-Сандрама можно было бы измерить гравитационные волны, испускаемые чёрными дырами, связывающими разные браны между собой.
2. Большой шлепок
В далёком будущем галактики так сильно разлетятся друг от друга, что свет от одной из них никогда не дойдёт до другой. Когда постареют и умрут все звёзды, настанет время, в котором не будет ни света, ни тепла. Вселенная будет тёмной, холодной и пустой. Звучит, как конец всего – но по одной из теорий это будет начало следующей Вселенной в бесконечно повторяющемся цикле.
Помните космологию бран? Так вот, это произойдёт, когда одна холодная пустая брана сталкивается с другой – а это рано или поздно случится. Космологи Нил Турок и Пол Стейнхардт считают, что в таком столкновении появится столько энергии, что она сможет породить новую Вселенную. Они назвали это «экпиротической» теорией, хотя физик Митио Каку придумал ей другой, запоминающийся термин – «Большой шлепок».
3. Заполненный плазмой космос
Множество учёных придерживается теории Большого взрыва, а поддерживают её два главных наблюдения: расширение Вселенной и реликтовое излучение. Сразу после Большого взрыва Вселенная была гораздо меньше и горячее сегодняшней, и заполнена сияющей плазмой, похожей на внутренности нашего Солнца. Конец этой сверхгорячей фазы мы всё ещё наблюдаем в виде моря излучения, заполняющего весь космос. Миллиарды лет расширения Вселенной охладили это излучение до -270°C, однако радиотелескопы всё равно его обнаруживают.
Реликтовое излучение по всем направлениям выглядит практически одинаково, чего нельзя объяснить другими теориями, кроме постоянного расширения Вселенной.
Многие учёные считают, что Вселенная претерпела краткий период чрезвычайно быстрой «инфляции» в первую долю секунды после Большого взрыва, быстро раздувшись от субатомных размеров до нескольких световых лет.
4. Голографическая Вселенная
Представьте себе двумерную голограмму, защищающую документ от подделок. Это двумерный объект, в котором закодировано трёхмерное изображение. Согласно одной из теорий вся трёхмерная Вселенная может быть закодирована на её двумерной границе. Это не так круто, как жить в симуляции, но зато эту теорию можно проверить – в работе 2017 года было показано, что она соответствует наблюдаемым закономерностям реликтового излучения.
5. Стационарная Вселенная
Пока наилучшей нашей догадкой о зарождении Вселенной является Большой взрыв. В прошлом она была плотнее, а в будущем станет разреженнее. Не всем учёным это понравилось, поэтому они придумали, как можно сохранить плотность даже в расширяющейся Вселенной. Для этого необходимо постоянно создавать материю со скоростью в три атома водорода на кубический метр за миллион лет.
Но эта модель потеряла популярность после открытия реликтового излучения, объяснить которое просто у неё не получилось.
6. Мультивселенная
В общепринятой картине Большого взрыва для объяснения однородности реликтового излучения необходимо постулировать всплеск сверхбыстрого расширения Вселенной на ранней стадии существования, инфляцию. Некоторые учёные считают, что когда Вселенная выпала из фазы инфляции, она была всего лишь небольшим пузырьком в огромном море расширяющегося пространства. По этой теории «вечной инфляции», предложенной Полом Стейнхардтом, в других местах инфляционного моря постоянно появляются другие пузыри-вселенные, и весь этот набор представляет собой «мультивселенную».
Что ещё страннее, нет причин, по которым в других вселенных должны быть такие же законы физики, что и в нашей – в некоторых может быть более сильная гравитация, или другая скорость света. Хотя наблюдать напрямую другие вселенные мы не можем, одна из них в принципе может столкнуться с нашей.
Некоторые учёные даже предположили, что «холодное пятно» в реликтовом излучении – это след одного из таких столкновений.
7. Мы ошиблись с гравитацией
Теории вселенной полагаются на точное понимание гравитации – единственное из взаимодействий, имеющее значение на больших масштабах. Однако некоторые астрономические наблюдения одна лишь гравитация не объясняет. Если измерить скорость звёзд, расположенных на краю галактики, окажется, что они двигаются слишком быстро для того, чтобы оставаться на орбите – если к центру галактики их притягивала бы одна лишь гравитация. Также и скопления галактик удерживает вместе, судя по всему, более сильное взаимодействие, чем одна только гравитация всей видимой материи.
Этому есть два объяснения. Большинство учёных склоняются к тому, что во Вселенной существует невидимая тёмная материя, обеспечивающая недостающую гравитацию. Диссидентской альтернативой этому является мнение о том, что мы неправильно понимаем гравитацию, и должны заменить её теорию «модифицированной ньютоновской динамикой» (МОНД).
Такое предложение было сделано в 2002 году в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics. МОНД и тёмная материя соответствуют наблюдениям, но их ещё предстоит доказать. Требуется провести больше экспериментов.
8. Сверхтекучее пространство-время
Даже если у пространства есть всего три измерения, есть и четвёртое – в виде времени. Поэтому мы можем представить себе Вселенную, существующую в четырёхмерном пространстве-времени. По некоторым теориям, например, по предложенной Стефано Либерати из Международной школы передовых исследований и Лукой Маччионе из Университета Людвига Максимилиана, и опубликованной в журнале Physics Review Letters, это не просто абстрактная система отсчёта, содержащая такие физические объекты, как звёзды и галактики. Оно само по себе является физической субстанцией, чем-то вроде океана. И как вода состоит из молекул, пространство-время по этой теории на более глубоком уровне реальности состоит из микроскопических частиц, до которых могут дотянуться наши инструменты.
По этой теории пространство-время представляет собой сверхжидкость с нулевой вязкостью. Одно из странных свойств таких жидкостей заключается в том, что их нельзя заставить вращаться как единое целое – как делает обычная жидкость, если её помешать. Сверхтекучие жидкости разбиваются на крохотные водовороты – и, возможно, в нашем пространстве-времени именно так образовывались галактики.
9. Теория симуляции
Пока что все теории исходили от учёных – но вот вам одна от философов. Если вся информация о Вселенной поступает в наш мозг посредством наших чувств и данных с научных инструментов, как доказать, что всё это – не хитроумная иллюзия? Вся Вселенная может оказаться сверхсложной компьютерной симуляцией. Эту идею популяризовали фильмы про «Матрицу», однако некоторые философы относятся к ней очень серьёзно. Однако эта теория не может называться научной, потому что её нельзя ни доказать, ни опровергнуть.
10. Эгоизм космических масштабов
В законах физики содержится набор фундаментальных констант, определяющих силу гравитации, электромагнетизма и субатомных сил.
Насколько нам известно, они могут иметь любые величины – однако если бы они хоть немного отличались от известных нам, Вселенная была бы совершенно другой. И, что важнее для нас, жизнь в известном нам виде тоже не могла бы существовать. Некоторые люди считают это свидетельством того, что Вселенную осознанно разработали так, чтобы в ней могла развиться жизнь, похожая на человека – т.н. эгоцентричная антропная теория, которую Ник Бустрём предложил в своей книге «Антропная предвзятость».
Три гипотезы происхождения Вселенной — Новости — Forbes Kazakhstan
Если теория Большого взрыва — всего лишь гипотеза, существуют ли другие гипотезы, объясняющие происхождение известной Вселенной? Существует три альтернативы теории Большого взрыва, по информации Наша планета.
Теория стационарной Вселенной
Вселенная существовала всегда в неизменном состоянии, так считали сторонники теории стационарной Вселенной, популярной в 50-60-е годы. А как быть с очевидным расширением Вселенной, наблюдаемым астрономами? Сторонники этой теории считали, что Вселенная может расширяться, но она остаётся такой же самой, а материя постоянно возникает из ничего.
Эта теория утратила свою актуальность, когда было открыто реликтовое излучение. Реликтовое излучение считается радиацией, оставшейся от Большого взрыва, астрономы изучают его, чтобы выяснить, как выглядела известная часть Вселенной в раннюю эпоху своего существования или даже в первые доли секунды. Сторонники теории стационарной Вселенной не предлагают альтернативного объяснения реликтовому излучению.
Циклическая модель
Это теория не отвергает теорию Большого взрыва, а утверждает, что было много последовательных Больших взрывов. Между двумя большими взрывами был Большой хлопок: Вселенная расширялась до предела, а потом сжималась. Осцилляция между возникновением и разрушением называется Большой отскок.
Изучив реликтовое излучение, учёные пришли к выводу, что Вселенная может закончиться «Большим замораживанием или Тепловой смертью», а не Большим хлопком, говорится в статье Universe Today.
Хаотическая теория инфляции
Физик из Стэнфорда Андрей Линде задаётся вопросами, на которые теория Большого взрыва не может ответить.
Некоторые из них были озвучены в 2007 г. в статье журнала Stanford Alumni magazine: «Что именно взорвалось? Почему оно взорвалось в этот конкретный момент и сразу везде? Что существовало до Большого взрыва?»
С точки зрения Линде, Большой взрыв не был единичным событием, а, скорее, беспорядочной и рассредоточенной инфляцией. Он разработал свою хаотическую теорию инфляции в 80-е годы: расширения, как после Большого взрыва, могут произойти в любом месте в космосе при достаточном количестве потенциальной энергии.
«Мы предполагали, что вся Вселенная была создана в один момент, — говорит Линде. — Но на самом деле это не так».
Исследование реликтового излучения в 90-е годы показали различную интенсивность, что даёт некоторые доказательства в поддержку хаотической теории инфляции.
Линде считает, что если смотреть с очень широкой перспективы, космос не вписывается в рамки, созданные наукой: «Вместо Вселенной, где существует один закон физики, вечная хаотическая инфляция создаёт картину самовоспроизводящейся и вечной мультивселенной, где возможно всё, — говорит Линде.
— Параллельные линии могут пересечься на очень далёком расстоянии. Законы физики могут меняться… Мы просто неспособны увидеть, когда это происходит. Мы похожи на муравьёв внутри огромного шара».
альтернатив теории большого взрыва (инфографика)
Существуют ли альтернативные теории, которые могли бы объяснить происхождение Вселенной? (Изображение предоставлено журналом Future/All About Space Magazine)Чтобы исследовать, как возникла Вселенная, нам сначала нужно спросить, что же это такое? Согласно НАСА, термин «наблюдаемая вселенная» относится ко всему, что мы можем видеть.
Благодаря связи между расстоянием и скоростью света ученые могут заглянуть в область пространства, которая светится на расстоянии 13,8 миллиарда световых лет от нас, а это означает, что мы можем смотреть на 13,8 миллиарда световых лет в любом направлении.
Но это не так просто. Из-за расширения Вселенной, по недавним оценкам, диаметр наблюдаемой сферы Вселенной составляет более 90 миллиардов световых лет, по данным Forbes.
Связанный: Насколько велика Вселенная?
Большинство астрономов считают, что Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад в результате взрыва, называемого Большим Взрывом. Другие теоретики изобрели альтернативы и расширения этой теории. (Изображение предоставлено: Future/Karl Tate)(открывается в новой вкладке)
Предположения теории большого взрыва
Ученые делают три предположения о Вселенной, основанные на теориях и наблюдениях:
- Законы физики универсальны и не меняются ни во времени, ни в пространстве.
- Вселенная однородна или примерно одинакова во всех направлениях (хотя и не обязательно все время).
- Люди не наблюдают за вселенной из привилегированного места, такого как самый ее центр.
Применительно к уравнениям Эйнштейна они показывают, что Вселенная обладает несколькими свойствами:
- Вселенная расширяется.
- Вселенная вышла из горячего и плотного состояния в какое-то бесконечное время в прошлом.
- Самые легкие элементы, водород и гелий, были созданы в первые мгновения.
- Фон микроволнового излучения заполняет всю вселенную.
Альтернативы Большого Взрыва
Если какое-либо из этих основных предположений неверно, Теория Большого Взрыва не сможет объяснить все свойства этой вселенной. Это приводит к тому, что некоторые теоретики задаются вопросом: «Возможно ли, что Большого взрыва никогда не было?»
Связанный: Был ли Эйнштейн неправ? Дело против теории пространства-времени
Одной из альтернативных теорий является стационарное состояние Вселенной. По данным NASA Cosmic Times, ранний соперник теории Большого взрыва, Стационарное состояние постулирует непрерывное создание материи по всей Вселенной, чтобы объяснить ее видимое расширение. Этот тип вселенной был бы бесконечным, без начала и конца. Однако масса свидетельств, обнаруженных с середины 1960-х годов, указывает на то, что эта теория неверна.
Истории по теме:
Другой альтернативой является теория вечной инфляции. После Большого взрыва Вселенная быстро расширялась в течение короткого периода времени, называемого инфляцией. Теория вечной инфляции утверждает, что инфляция никогда не останавливалась и продолжалась в течение бесконечного периода времени. Где-то, даже сейчас, возникают новые вселенные в огромном комплексе, называемом мультивселенная. У этих многочисленных вселенных могут быть разные физические законы.
Осциллирующая модель Вселенной включала в себя бесконечную серию Больших Взрывов, за которыми следовали Большие Схлопывания, которые бесконечно перезапускали цикл. Современная циклическая модель включает в себя сталкивающиеся «браны» («мембраны» внутри многомерного объема, называемого «объемом»).
Выводы, обнаруженные в квантовой гравитации и теории струн, соблазнительно предполагают, что вселенная в действительности совсем не похожа на то, как она выглядит для наблюдателей. Например, это может быть плоская голограмма, спроецированная на поверхность сферы.
Или это может быть полностью цифровая симуляция, работающая на огромном компьютере.
Дополнительные ресурсы
Послушайте интервью ЕКА (откроется в новой вкладке) с астрофизиком профессором Джозефом Силком о том, почему мы можем никогда не узнать, конечна Вселенная или бесконечна. Исследуйте множество свидетельств Большого Взрыва с помощью Обсерватория национальных школ (открывается в новой вкладке), Ливерпульский университет Джона Мура и Университет Западной Австралии (открывается в новой вкладке).
Библиография
- Николай, Герман. «Сложность и Большой взрыв. (открывается в новой вкладке)» Classical and Quantum Gravity 38.18 (2021): 187001.
- Нечитайло, Владимир С. «Модель Мира и Вселенной — альтернатива модели Большого взрыва. (открывается в новой вкладке)» Журнал физики высоких энергий, гравитации и космологии 6.01 (2020): 133.
- Уоллес, Дэвид. Эмерджентная мультивселенная: квантовая теория согласно интерпретации Эверетта. (открывается в новой вкладке) Oxford University Press, 2012.
- Линде, Андрей. «Краткая история мультивселенной (открывается в новой вкладке)» Reports on Progress in Physics 80.2 (2017): 022001.
- Бостром, Ник. «Мы живем в компьютерной симуляции? (откроется в новой вкладке)». Философский ежеквартальный номер 53.211 (2003): 243–255.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Связь Карла со Space.com восходит к 2000 году, когда его наняли для создания интерактивной флэш-графики. С 2010 по 2016 год Карл работал специалистом по инфографике во всех редакционных ресурсах Purch (ранее известной как TechMediaNetwork). До прихода в Space.com Карл провел 11 лет в нью-йоркской штаб-квартире Associated Press, создавая новостную графику для использования в газетах и в Интернете по всему миру. Он получил степень в области графического дизайна в Университете штата Луизиана и сейчас работает графическим дизайнером-фрилансером в Нью-Йорке.
Учебное пособие по телескопу Фолкеса — Вселенная
Учебное пособие по телескопу Фолкеса — ВселеннаяБольшой взрыв
Наиболее широко принятая теория происхождения Вселенной называется теорией Большого Взрыва. Это доказывает, что Вселенная начиналась как почти единая точка с температурой и плотностью, близкими к бесконечности. С тех пор Вселенная расширяется. Мы почти ничего не знаем о первой доле секунды Вселенной, потому что физические теории неприменимы в таких экстремальных условиях.
На очень раннем этапе Вселенная, вероятно, прошла через короткий период очень быстрого расширения, называемого инфляцией. Когда эта инфляция закончилась на долю секунды позже, размер Вселенной увеличился примерно в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз. В конце инфляции началось нормальное расширение Вселенной, и были созданы свет и частицы. По мере продолжения расширения свет и вещество охлаждались, образуя протоны, нейтроны и электроны вместе с тремя видами других частиц, называемых нейтрино.
Вселенная продолжала остывать, и протоны и нейтроны объединились, чтобы сформировать ядра. В это время образовались только водород и гелий. Эти простые ядра являются строительными блоками, из которых создаются все остальные элементы в звездах.
Через 300 000 лет после Большого Взрыва, когда температура Вселенной была 3000C, последние из протонов, нейтронов и электронов, наконец, сформировали нейтральные атомы. Моментальный снимок этого времени можно увидеть на Космическом микроволновом фоне (см. Структура Вселенной). В то время в некоторых областях плотность была немного выше, чем в других, и в конечном итоге они коллапсировали, образуя галактики. Самые ранние из них можно увидеть в виде тусклых голубых точек в Глубоком поле Хаббла. Это изображение охватывает крошечный участок неба — всего 1/30 размера полной Луны, — который казался совершенно пустым до того, как космический телескоп Хаббл сделал этот снимок.
Теория устойчивого состояния
Это альтернативная модель Вселенной, которая раньше конкурировала с теорией Большого Взрыва.
В нем говорится, что Вселенная расширяется, но этот материал постоянно создается, поэтому Вселенная всегда имеет одинаковую плотность. Она больше не является серьезным соперником теории Большого Взрыва, потому что не может объяснить Космический Микроволновый Фон и образование галактик.
Размер Вселенной
Истинный размер Вселенной на самом деле неизвестен, потому что можно увидеть только край видимой Вселенной. Галактики можно увидеть только из-за исходящего от них света. Хотя свет движется очень быстро, все же требуется много времени, чтобы добраться до нас от далеких галактик. Самое дальнее, что можно увидеть, — это расстояние, пройденное светом за возраст Вселенной, т. е. 15 миллиардов лет. Свет от более удаленных объектов еще не успел дойти до нас, поэтому мы не можем их увидеть.
Изучать свет далеких галактик — это все равно, что заглядывать в прошлое, в раннюю Вселенную. Звездный свет, который виден в ночном небе, покинул звезды миллионы лет назад, поэтому каждая звезда выглядит не такой, какая она есть сейчас, а такой, какой она была, когда от нее исходил свет.