Miksi fyysikot uskovat, että elämme monikokoisena?

Tieteen ja viimeaikaisesta kehityksestä huolimattaihmiskunnan saavutuksia, tietämyksemme maailmankaikkeudesta on erittäin pieni. Syynä on osittain se, että tuskin voimme kuvitella sellaisia ​​käsitteitä (tai käsitteitä) kuin esimerkiksi ääretön tai iso bang, samoin kuin sitä edeltävä. Etsittäessään vastauksia kriittisiin kysymyksiin tutkijat pohtivat jopa kiistanalaisimpia ja kiistanalaisimpia teorioita. Yksi näistä on multiversumin teoria. Jotkut inflaatioteorian perustajista, mukaan lukien Stanfordin yliopiston fyysikko Andrei Linde, esittivät ajatuksen, että inflaation aikana tapahtuneet kvanttivaihtelut ovat synnyttäneet paitsi galakseja myös kokonaisia ​​maailmankaikkeuksia. Tässä artikkelissa opit, miksi Multiversumin teoria on syytä kiinnittää huomiota.

Jos multiversumiteoria on oikea, mitä tämä tarkoittaa jokaiselle meistä?

Kosmologisen mallin mukaan kuumaMaailmankaikkeudesta maailmankaikkeuden kehitys alkaa tiheän kuuman plasman tilasta, joka koostuu alkeishiukkasista ja etenee edelleen maailmankaikkeuden laajenemisen myötä.

Sisältö

• 1 Suosittu teoria
• 2 Geek Picnic Online 2020
• 3 Maailmankaikkeuden inflaatiomalli
• 4 maailmankaikkeus tyhjästä
• 5 Mikä on multiversumi?
• 6 Todellisuus vai fantasia?

Suosittu teoria

Ennen kuin sukeltaa Multiversumin kiehtovan teorian monimutkaisuuteen, haluan muistuttaa teitä siitä maailmankaikkeuden inflaatiomalli Onko hypoteesi fyysisestä kunnosta ja laistanuoren maailmankaikkeuden laajentuminen (pian Ison räjähdyksen jälkeen), mikä on ristiriidassa kuuman maailmankaikkeuden kosmologisen mallin kanssa. Tosiasia on, että tämä yleisesti hyväksytty malli ei ole ilman haittoja, joista monet ratkaistiin 1980-luvulla maailmankaikkeuden inflaatiomallin rakentamisen seurauksena.

On huomionarvoista, että riippumatta siitä, kuinka kaukana tiede onUniversumi ei vaikuttanut kokemattomalta lukijalta, että populaarikulttuuri teki yhdessä tutkijoiden kanssa todella hämmästyttävää työtä. Joten elämänsä viimeisinä vuosina erinomainen teoreettinen fyysikko Stephen Hawking työskenteli aiheista, joista useimmilla tutkijoilla - heidän omalla mielellään - "on päänsärkyä": Hawking työskenteli yhteistyössä fyysikon Thomas Hertogin kanssa Leuvenin katolisen yliopiston belgialaisesta jo kuuluisan artikkelin parissa. omistettu Multiversumin ongelmalle.

Kuten usein tapahtuu väärennettyjen uutisten aikakaudellaja väärää tietoa, johtuen siitä, että Hawkingin ja Hertogin työtä isännöitiin Airxiv preprint -palvelimella (tällä palvelimella tutkijat vaihtavat artikkeliesityksiä ennen kuin ne julkaistaan ​​vertaisarvioiduissa tieteellisissä lehdissä), tämä on tuottanut monia perusteettomia raportteja, joiden mukaan Stephen Hawking ennusti maailman lopun ja ehdotti samalla tapaa havaita vaihtoehtoiset maailmankaikkeudet.

Saatat ihmetellä: kuka on Stephen Hawking? Ensimmäinen osa: legendan nousu

Itse asiassa itse tutkimus,julkaistiin myöhemmin Journal of High Energy Physics -lehdessä, ei läheskään yhtä sensaatiomainen. Artikkeli käsittelee paradoksaalia: jos iso bang räjähti äärettömiin maailmankaikkeuksiin, joissa fysiikan laeissa oli ehtymätön määrä vaihteluita, niin kuinka tutkijat voivat toivoa vastaavansa perustavanlaatuisiin kysymyksiin siitä, miksi maailmankaikkeutemme näyttää miltä näyttää?

Kuvassa brittiläinen teoreettinen fyysikko, kosmologi ja astrofyysikko, kirjailija Stephen Hawking

Kun maailmankaikkeus syntyi, mikä tapahtui noin 13,8 miljardia vuotta sitten, se kävi läpi inflaatio-eksponentiaalisen laajenemisen hyvin lyhyessä ajassa. Tässä prosessissa pienet avaruuden kvanttivaihtelut on suurennettu kosmisiin mittasuhteisiin, mikä luo rakenteiden siemeniä, joista tulee galakseja ja jotka valaisevat maailmankaikkeutta. Ja tämä on vielä yllättävämpää, fyysikko AndreiLinde olettaa, että inflaatio on edelleen tapahtumassa. Muutama vuosi sitten Washington Washington Postin haastattelussa hän vertasi tilaa jatkuvasti kasvavaan sveitsiläiseen juustopalaan.

Juustomaiset taskuuniversumitnämä ovat paikkoja, joissa paikallinen inflaatio pysähtyi, jolloin aine tiivistyi ja tähdet ja galaksit muodostuivat. Voimme hyvinkin elää yhdessä näistä taskuista, erotettuina ympärillämme olevista loputtomista vaihtoehtoisista universumeista ja olla autuaan tietämättömiä.

Andrei Linde, professori Stanfordin yliopistossa, joka on perustaja maailmankaikkeuden inflaatiolaajennuksen teorialle, joka edellyttää monen universumin eli monen universumin olemassaoloa.

Ja kyllä, jos tämä idea yllättää sinut liikaa,et ole yksin. Jotkut kosmologit ovat vakavasti varovaisia ​​"ikuisesta inflaatiosta" - ja siitä mahdollisesti syntyvästä Multiversumista. Ensinnäkin, jos eri taskuniversumit katkaistaan, kuinka voimme edes varmistaa, että ne ovat olemassa? Toiseksi, ääretön multiversumi uhmaa matemaattista analyysia, mikä vaikeuttaa mallin käyttöä ymmärtämiseenmiten kaikki toimii ja on vuorovaikutuksessa avaruudessa. Kysymyksiä on todella paljon, joten yritetään ymmärtää tämä kiehtova ja suosittu teoria.

Geek Picnic Online 2020

Multiversumiteoria on nykyään niinsuosittu, josta tuli pääteema modernille tekniikalle, tiedeelle ja luovuudelle omistetussa suuressa eurooppalaisessa populaaritieteellisessä festivaalissa (perinteisesti ulkoilmassa) Geek Picnic Online 2020. Kutsuttujen 122 puhujan joukossa oli professori Linde - hänen venäjänkielinen luentonsa voidaan katsoa täältä sekä irlantilainen tieteiskirjallisuuskirjoittaja Ian MacDonald. Festivaalin järjestäjien mukaan Vkontakte-tapahtuman virallisessa yleisössä MacDonaldin luento julkaistaan ​​myöhemmin.

Kuvakaappaus Andrey Linden luennosta Multiversumista

Kuten Linde selittää, Bolshoi-teorian mukaanräjähdys, syntymänsä jälkeen maailmankaikkeus oli hyvin pieni, mutta jossain vaiheessa se alkoi laajentua. Samaan aikaan varhaisessa maailmankaikkeudessa oli paljon enemmän energiaa kuin tänään. Osa tästä energiasta käytettiin myöhemmin maailmankaikkeuden laajentamiseen. Pääkysymys on kuitenkin mistä tämä energia on peräisin.

Kuvittele, että illalla taskusi ovat tyhjät ja niin edelleenheissä on miljardi dollaria aamulla, Linde sanoo. Mutta tosielämässä mitään sellaista ei tapahdu. On tärkeää ymmärtää, että kaikki prosessit, joiden vuoksi maailmankaikkeus syntyi, alkoivat spontaanisti.

Tänään näemme vain pienen osan maailmankaikkeudesta. Tutkijat kutsuvat havaittavaa maailmankaikkeutta "Havaittavissa oleva maailmankaikkeus".

Maailmankaikkeuden inflaatiomalli

Alussa, kun maailmankaikkeuden koko ei oleyli senttimetrin, se sisälsi noin 10-90 astetta alueita, jotka eivät koskettaneet toisiaan millään tavalla. Mutta miksi ja miten tässä tapauksessa he yhtäkkiä "tajusivat", että on universumin aika laajentua? Itse asiassa tämä on tunnettu kosmologinen ongelma, jota kutsutaan horisontti-ongelma (horisontti-ongelma). Se johtuu vaikeudesta selittää havaitun syy-yhteydessä olevien avaruusalueiden homogeenisuus ilman mekanismia, joka asettaa samat alkuehdot.

Joten jos yrität kaukoputkellakatso menneisyyteen, näemme Suuren räjähdyksen valon, jonka saavuttaminen kesti 13,8 miljardia vuotta. Linde huomauttaa kuitenkin, että näemme maailmankaikkeuden rajoitetusti. Katselukulmaa on helpoin kuvitella venyttämällä molemmat kädet vasemmalle ja oikealle - asia on, että olemme keskellä emmekä näe, mikä on molempien käsien sormenpäiden ulkopuolella. Lisäksi oikealla eikä vasemmalla kädellä "ei ole aavistustakaan siitä, mitä toinen tekee".

Havaittavissa oleva maailmankaikkeus on helpoimmin esitetty pallona, ​​jonka ulkopuolella on tuntematon. Kuvassa näkyy havaittavissa oleva maailmankaikkeus logaritmisessa mittakaavassa.

Seuraava yhtä tärkeä kysymys onmiksi maailmankaikkeutemme ei pyöri. Haluan muistuttaa teitä siitä, että kaikki massiiviset avaruusobjektit planeetoilta Auringolle pyörivät, jopa supermassiiviset mustat aukot galaksien ytimissä. Samaan aikaan, mihin suuntaan tarkkailija maalta näyttää - ylös, alas, vasemmalle tai oikealle - hän näkee samanlaiset etäisyydet. Tutkijat kutsuvat sitä isotropia - samat fysikaaliset ominaisuudet kaikkiin suuntiin sekä symmetria suunnan valinnassa.

On käynyt ilmi, että maailmankaikkeumme on todella niin outo, että on mahdotonta vastata valtavaan määrään kysymyksiä pelkästään Big Bang -teorian avulla. Kuinka selittää, kuinka tyhjössä oleva maailmankaikkeus laajenee edelleen kiihtyvyydellä? Loppujen lopuksi tyhjiössä ei ole hiukkasia ollenkaan!

Tyhjiö - tila ilman sisältöä. Sovelletussa fysiikassa alipaineella tarkoitetaan väliainetta, joka koostuu kaasusta paineessa, joka on huomattavasti ilmakehän alapuolella.

Vastaus on hiukkasfysiikassa.Esimerkiksi Lawrence Krauss, teoreettinen fyysikko ja Origins Project Foundation -säätiön presidentti, kirjoitti tälle numerolle omistetun kirjan, jonka nimi on “Kaikki tyhjästä. Kuinka maailmankaikkeus syntyi ”, suosittelemme lukemaan. Andrey Linde puolestaan ​​uskoo siihen joillakin tyhjössä olevilla hiukkasilla on energiavaraus ja ne voivat ilmetä tyhjiön hajoamisen seurauksena.

Universumi tyhjästä

Joten kuvitellaan yksi kuutiometri sisäänmakeisilla täytetyn laatikon muodossa, edellyttäen, että 1000 makeista sijoitetaan kuutioon. Mutta mitä tapahtuu, jos tästä kuutiometristä tulee 10 kertaa suurempi? Vastaus näyttää olevan yksinkertainen - sisällä on vielä 1000 karkkia. Mutta koska tilavuus on kasvanut tuhat kertaa, karkkia on vain yksi kuutiometriä kohti. Näyttää loogiselta, mutta todellisuudessa on omat säännöt: yksi kuutiometri sisältää jatkuvasti laajenevan tyhjiön.

Jossain vaiheessa sen tilavuudesta tulee tuhatkertaa enemmän kuin alkuperäinen, minkä jälkeen tyhjiö hajoaa. Tämän seurauksena yhden kuvitteellisen laatikon sisällä oleva energiatiheys on sama kuin ennen laajennusta - tyhjiö ei ole muuttunut, vaikka laatikkomme on kasvanut 10 kertaa. Kuulostaa jonkinlaiselta taikuudelta, eikö vain? Kuten Linde itse selittää, kun maailmankaikkeus laajenee vakuumissa, aineenergia kasvaa eksponentiaalisesti, toisin kuin painovoima. Tämän seurauksena tyhjiö hajoaa vapauttaen "1000 karkkia" - protoneja, elektroneja ja muita hiukkasia, ja niiden lukumäärä tulee verrannolliseksi maailmankaikkeuden tilavuuteen.

Joten jos eksponentiaalinen kasvujatkuu, myös hiukkasten määrä kasvaa. Sillä välin jatkuva laajeneminen ei kerro meille sanaa universumin muodosta. Vaikka sinä ja minä en todellakaan välitä minkä muotoinen se on, koska tarkkailijan näkökulmasta universumi näyttää tasaiselta. Aivan niin - enemmän tai vähemmän yksinkertaistetussa esityksessänäyttää siltä kuin inflaatiouniversumin teoria, jonka ensimmäisen kerran esitti amerikkalainen fyysikko ja kosmologi Alan Guth vuonna 1981. On huomionarvoista, että Guth kirjoittaa tieteellisen työnsä lopussa jotain tällaista:

Siinä on pieni ongelmaon, että tyhjiön hajoaminen - aineen ulkonäön kannalta välttämätön prosessi - on hyvin samanlainen kuin astia kiehuvaa vettä. Miltä kiehuva vesi näyttää? Aivan oikein - kupla täällä, kupla siellä ja niin edelleen.

Guth väittää myös, että nämä kuplattörmää kiehuvaan maailmankaikkeuteen ja tekee kaikista siinä tapahtuvista prosesseista kaoottisia ja ... hyödyttömiä. Mutta miten tämä voi olla? Guthin yritykset löytää vastaus tähän kysymykseen herättivät muiden tutkijoiden huomion. Tuloksena julkaistiin kaksi teosta kerralla - ensimmäinen, jonka kirjoitti Alan Guth yhdessä Eric Weinbergin kanssa vuonna 1981, ja toinen on Stephen Hawkingin teos yhdessä Thomas Hertogin kanssa.

On huomionarvoista, että molemmat artikkelit tulivat samoiksi jasama johtopäätös - inflaatiouniversumin teoria ei ole johdonmukainen. Guth otti kuitenkin yhteyttä Andrei Lindeen, minkä seurauksena Stanfordin yliopiston professori loi uuden mallin inflaatiouniversumista, josta hänelle myönnettiin George Gamow -palkinto. Mutta mitä multiversumilla on tekemistä sen kanssa?

On mahdollista, että kuolemamme jälkeen tietoisuutemme siirtyy vaihtoehtoiseen universumiin. Lue lisää kollegani Ramis Ganievin materiaalista

Linde uskoo, että maailmankaikkeutemme on samanlainen kuinbalerina, joka lopetti pyörimisen, levitti kätensä eri suuntiin ja jäätyi paikalleen. Tämä näyttää varmasti mahdottomalta, koska se rikkoo kaikkia tunnettuja fysiikan lakeja. Uuden inflaatiouniversumin mallin käyttö antaa meille kuitenkin mahdollisuuden oppia paljon universumista. Tietoja siitä, kuka ja miksi ensin esitti teeman Multiversumista, lue materiaalimme.

Mikä on multiversumi?

Joten olemme päässeet mielenkiintoisimpaan - miksiGeek Picnic 2020 -kaiutin Andrei Linde ja hänen kanssaan tieteiskirjallisuuskirjoittaja Ian MacDonald uskovat, että elämme Multiversumissa? Stanfordin yliopiston professori uskoo, että multiversumi on vastaus kysymykseen ... mikä väri on universumimme. Jos se on musta, se on todistettava,aivan kuin uskoisimme, että sen väri on valkoinen tai keltainen. Muistatko kuplivan altaan? Kuvittele, että jos universumimme on valkoinen ja professori Linde ajattelee niin, muut kuplat voivat olla mustia, punaisia, keltaisia, sinisiä, vihreitä ja niin edelleen. Joten elämme Multiversumissa.

Professorin mukaan oleminen valkoisella alueellaavaruus (valkoinen maailmankaikkeus), emme näe sen muita alueita (punainen, violetti, ruskea jne.). Kummassakin maailmankaikkeudessa puolestaan ​​on oltava tarkkailija, joka yrittää selittää, miksi esimerkiksi hänen universuminsa on punainen. Siksi emme yksinkertaisesti voi sulkea pois mahdollisuutta, että olemassa on punaista, keltaista, sinistä, sinistä ja muuta universumia.

Ja jos kaikki edellä mainituista ei näytä sinulletarpeeksi huimausta, kuvittele, että Venäjä on ainoa maa, josta tiedämme. Yrittäessään ymmärtää miksi Venäjä on järjestetty sellaisena kuin se on, tutkijat etsivät vastauksia kysymyksiin sen luonteesta ja alkuperästä. Kiinan, Ison-Britannian, Intian, USA: n ja minkä tahansa muun maan tutkijat tekevät täsmälleen saman. Tämän esimerkin pääedellytys on, että eri maiden asukkaat eivät tiedä toistensa olemassaolosta. Niin on myös Multiverse - ollessamme valkoisessa maailmankaikkeudessa, emme tiedä, että on olemassa esimerkiksi punaista, mustaa ja vihreää.

Tiedämme maailmankaikkeudesta niin vähän, että emme voi sulkea pois sitä, että se voi olla hologrammi.

Palataan alkujen alkuun - alkuräjähdykseen,Linde vertaa maailmankaikkeuden syntymää tyhjästä (tyhjiön hajoamisen seurauksena) yhden aineen - H2O: n eri tiloihin. Kuten tiedät, vesi voi olla kolmessa tilassa - nestemäinen, kaasumainen (höyry, sumu) ja kiinteä (lumi, jää, rakeet), mikä tarkoittaa, että itse tyhjiöllä, joka synnytti maailmankaikkeuden, voi olla erilaisia ​​tiloja. Tästä, kuten luultavasti jo ymmärsitte - ja johtopäätös seuraa maailmojen moninaisuudesta.

Multiversumista puhuttaessa on tärkeää ymmärtää, että kuinka mahtava, käsittämätön, kaoottinen ja joskus hullu tämä teoria saattaa tuntua meille, fysiikan näkökulmasta Multiversumin olemassaolo on mahdollista. Osittain tästä syystä myös tutkijat työskentelevät"kaiken teorian" yli - teoria, joka pystyy vastaamaan täysin kaikkiin nykyaikaisen fysiikan kysymyksiin, mukaan lukien Multiversumin olemassaolo. Professori Linden mukaan fyysikot, jotka opiskelevat kielen teoriaa, ovat lähinnä. Mutta se on täysin erilainen tarina.

Mielenkiintoista: Kuusimiljoonaa tapaa luoda universumimme jousiteoriassa

Todellisuus vai fantasia?

Koska ihmiskunta on alussatapoja tuntea itsemme ja sitten maailmankaikkeus, meidän on tarkistettava kaikkein hullummatkin teoriat. Tämä johtuu siitä, että tänään on paljon enemmän kysymyksiä kuin vastauksia, ja totuus piilotetaan usein sinne, missä pelkäämme katsoa. Siksi tieteiskirjallisuus on loistava ajatuskokeilu, joka voi auttaa meitä ymmärtämään paremmin universumia.

Puhuminen Geek Picnic Online 2020 Science Fiction -jenissäMacDonald, sellaisten teosten kuten "Brasilla", "Wolf Moon", "Dervishin talo" ja muiden kirjoittaja, puhui siitä, miksi hän uskoo elävänsä Multiversumissa. Kirjoittajan mukaan itse Multiversumin idea on merkityksellinen maailmalle, jossa elämme tänään. Sana "Multiverse" sisältää monia käsitteitä, emmekä yksinkertaisesti voi valita kaikkea kerralla. Jokainen MacDonaldin mukaan valitsee itselleen jotain erityistä, esimerkiksi urheilun, tieteiskirjallisuuden tai muodin. Ja tämä on sekä hyvää että huonoa.

Kuvassa tieteiskirjallinen kirjailija Ian MacDonald

Meidän on helpompaa yhdistää ja muodostaa yhteisöjä,mutta samalla elämämme on sinetöity näissä yksityisuniversumeissa, emmekä tiedä, mitä tapahtuu niiden ulkopuolella. Sosiaalinen, kulttuurinen, poliittinen ja taloudellinen elämme erillisissä rinnakkaismaailmoissa, joissa joskus on yhteisiä tiloja (esim. Kaupungit, kadut, julkiset tilat)

Ian McDonald, Geek Picnic Online 2020

Hyväksy ja kehitä McDonald'sin ajatusta siitä, että olemme aikaisintai myöhemmin tulemme teoreettisten fyysikkojen pohdintoihin maailmankaikkeuden rakenteesta. Ja tietysti myös yhteiskunnastamme, josta MacDonald antoi itsensä pohtia teoksissaan.

Luuletko, että on olemassa multiversumi ja miksi? Odotamme vastausta tämän artikkelin kommenteissa sekä Telegram-chatissamme

Teoreettisen fysiikan osalta vuonnaEdellä mainitussa Hawkingin ja Hertogin teoksessa tutkijat luottavat 1980-luvulla kehitettyyn ideaan, joka tunnetaan nimellä "holografinen universumi". kaksi ulottuvuutta (tämä tehdään laskelmien helpottamiseksi). Tämän seurauksena tutkijat onnistuivat järjestämään ainakin jonkinlaisen järjestyksen suuressa, käsittämättömässä, enkä pelkää tätä sanaa, hullua Multiversumin teoriaa.

Kiehuvat kuplat, joista Linde puhui, voivatedustavat taskuniversumeita (kuten artikkelin alussa keskustellaan) ainoana erona, että tässä mallissa on vähemmän universumeja ja niillä on tiettyjä perusominaisuuksia, mikä helpottaa suuresti niiden analysointia. On tärkeää ymmärtää, että erinomaisen brittiläisen teoreettisen fyysikon (me puhumme Stephen Hawkingista) ja hänen kollegoidensa työ ei rajoitu yhteen ainoaan ainutlaatuiseen maailmankaikkeuteen, mutta heidän löytöihinsä liittyy moniympäristön merkittävä supistuminen paljon pienempään mahdollisten maailmankaikkeuksien alueeseen. Tämä tarkoittaa, että kuvitteellisessa laatikossa olevan 1000 karkin sijasta fyysikot pitävät 10: tä.

Ehkä on maailmoja, joissa sinua ja minua ei ole

Washington Post -lehti artikkelissaHawkingin ja Hertogin julkaisussa mainitaan Pohjois-Carolinan yliopiston kosmologi Cathy Mack, että ehdotettua mallia ei ole vielä täysin kehitetty. "Se on enemmän yksinkertaistettua versiota jostakin vain katsella ja yrittää selvittää, mitä tapahtuu", Mack sanoo. Ei ole yllättävää, että Hawkingin uusin työ riippuu käsitteistä, jotka eivät ole vielä saaneet laajaa hyväksyntää, ja uusimmista matemaattisista työkaluista.

Mielenkiintoista: Vakiomalli: hämmästyttävä lähes kaiken teoria

On myös tärkeää ymmärtää, että tämä työ ei ole ratkaisu kaikkiin maailmankaikkeuden ongelmiin. Tietysti hän kiehtoo, vangitsee ja saa meidät ajattelemaan epätavallisissa luokissa. Multiversumiteoria on potentiaalinen polku, jota voidaan seurata, vaikka tiedemiehillä ei ole aavistustakaan minne tai minne se johtaa. "Stephen Hawking oli ihminen", Linde sanoo. "Hän ei ollut nero, joka sanoo joka päivä erittäin oikeita asioita ja kamppaili samojen tieteellisten ongelmien kanssa, joiden kanssa kaikki fyysikot kamppailevat."

No, meidän on vain yritettävä ymmärtää ainakin vähän Multiversumin teoriaa ja odottaa uusia, vallankumouksellisia löytöjä teoreettisen fysiikan alalla. Toivottavasti tämä tapahtuu hyvin pian. Ja sinä?