Чи було у Всесвіті початок?

Ми не так часто про це замислюємося і все ж таки,чи було у Всесвіті початок? Згідно з провідною космологічною теорією, наш Всесвіт народився в результаті Великого вибуху близько 14 мільярдів років тому і з того часу розширюється з прискоренням. Але не всі дослідники вважають, що насправді справа була саме такою. Професор Ліверпульського університету у Великій Британії, фізик Бруно Бенто вважає, що ніякого початку Всесвіту не було. Можливо те, що ми називаємо Всесвітом, існувало завжди – і нова теорія квантової гравітації, здається, може пояснити чому. У ході роботи Бенто та його колеги використовували нову теорію під назвою теорія причинних множин, згідно з якою простір і час розбиті на дискретні фрагменти. На якомусь рівні, як зазначають дослідники, існує фундаментальна одиниця простору-часу. Використовуючи новий підхід, заснований на причинно-наслідкових зв'язках, фізики виявили, що у Всесвіті, цілком можливо, не було початку: він існував завжди, в нескінченному минулому і лише недавно перетворився на те, що ми називаємо Великим вибухом.

Квантова гравітація, мабуть, найнеприємнішапроблема, з якою стикається сучасна фізика. У нас є дві надзвичайно ефективні теорії Всесвіту: квантова фізика та загальна теорія відносності.

зміст

• 1 Головна сила природи
• 2 Теорія квантової гравітації
• 3 Теорія причинних множин
• 4 Великий вибух чи Нічого?

Головна сила природи

Гравітація, як відомо, є генеральноюдиректором космосу, повелителем Всесвіту, якщо хочете. Саме ця сила дозволяє зіркам і планетам обертатися орбітою, а чорним діркам поглинати будь-які об'єкти, що опинилися поблизу. Завдяки гравітації яблуко впало на голову Ісаака Ньютона, а ми з вами не відлітаємо в небо, варто відірватися від землі.

Будучи фундаментальною силою Всесвіту гравітація– у нашому людському розумінні – пояснює як рухаються небесні тіла, а також є головною силою на Землі. Однак, якщо Загальна теорія відносності Ейнштейна (ОТО) чудово справляється з описом світу, видимого неозброєним оком, вона, на жаль, не повною мірою описує закони, якими існує таємничий і невидимий світ атомів і частинок. Цей дивовижний світ описує квантова механіка.

Квантова механіка визначає те, як взаємодіють один з одним елементарні частки.

Що за квантова фізика може розповісти про природу реальності?

Але оскільки ми не бачимо взаємодіїелементарних частинок, нам здається дивним, що квантовий світ так сильно відрізняється від знайомих об'єктів (хоча об'єкти ці повністю складаються з цих самих частинок).

Так що коли ми дивимося за межі Землі, на Всесвіт, який набагато ширший, і починаємо розглядати великі явища, відкласти квантову фізику убік не вийде.

Хоча сила гравітації є найбільшЗначною в космічних масштабах, три інші фундаментальні сили природи також відіграють важливу роль – сонячні спалахи або ядерні реакції в надрах зірок. Квантові ефекти також виникають у ряді таких концепцій, як Великий вибух або чорні дірки. Насправді знайти щось, у чому квантові сили не беруть участі, неможливо.

Квантова фізика подарувала світові успішний опистрьох із чотирьох фундаментальних сил природи (електромагнетизму, слабкої взаємодії та сильної взаємодії) аж до мікроскопічних масштабів. А Загальна теорія відносності є найпотужнішим і найповнішим описом гравітації, коли-небудь розробленим.

Наш світ набагато більший і складніший, ніж ми можемо собі уявити. Але шанс розгадати фундаментальні таємниці Всесвіту маємо.

Але повернемось до гравітації.Вона, як ми вже говорили вище, не вписується у квантовий світ. І навіть у роботі Ейнштейна рівняння поля для гравітації не проквантовані. Хоча більшість фізиків переконані, що має бути якийсь спосіб поєднання гравітації з трьома фундаментальними силами, квантовими за своєю сутністю, він, як і раніше, є важким для розуміння.

Альберт Ейнштейн витратив більшу частину останніх 30 років свого життя на пошук способу зближення гравітації з іншими силами, але це не вдалося.

Таким чином, квантова гравітація – це загальний термін для теорій, які намагаютьсяоб'єднати гравітацію з іншими фундаментальними силами фізики (які об'єднані разом). Зазвичай вона передбачає існування теоретичної віртуальної частки – гравітону, що опосередковує гравітаційну силу.

Це цікаво: Чи передбачає квантова механіка множинність світів чи що таке інтерпретація Еверетта?

Цікаво, що саме наявність гравітону відрізняєквантову гравітацію від інших об'єднаних теорій поля. І все ж таки змушені відзначити, що ряд існуючих теорій наявності гравітону не вимагають.

Теорія квантової гравітації

Отже, Стандартна модель фізики частинок(Розроблена в період з 1970 по 1973 рік) постулює, що решта трьох фундаментальних сил природи опосередковані віртуальними бозонами. Фотони опосередковують електромагнітну силу; бозони опосередковують слабку ядерну взаємодію, а глюони (такі як кварки) опосередковують сильну ядерну взаємодію. Отже, гравітон опосередковуватиме гравітаційну силу. Якщо, звичайно, ця квантова частка буде виявлена.

Очікується, що гравітон не матиме маси(оскільки діє миттєво на великих відстанях), однак, основна проблема експериментальної перевірки будь-якої теорії квантової гравітації полягає в тому, що рівні енергії, необхідні для спостереження гіпотез, недосяжні у сучасних лабораторних експериментах.

Тканина простору-часу викривляється масою Сонця

Щоб завжди бути в курсі останніх новин зі світу науки та високих технологій, підписуйтесь на наш канал на платформі Пульс від Mail.ru! Тож ви точно не пропустите нічого цікавого!

Припущення квантової гравітації, як правило,полягають у тому, що така теорія виявиться одночасно простою та елегантною. Принаймні у двох конкретних місцях у Всесвіті, де математика загальної теорії відносності просто ламається і неможливо отримати надійних результатів: у центрах чорних дірок та на початку Всесвіту.

Ці області називаються сингулярностями -точками у просторі-часі, де руйнуються знайомі нам закони фізики. По суті, сингулярність - це математичне попередження про те, що ЕТО Ейнштейна спотикається про саму себе. В обох цих сингулярності гравітація стає неймовірно сильною в дуже малих масштабах.

Але як розгадати таємницю сингулярності?Для початку фізикам потрібна теорія квантової гравітації. Насправді її роль існує безліч претендентів, включаючи теорію струн і теорію петльової квантової гравітації, докладніше про яку ми розповідали тут. Але є ще один підхід, який повністю переписує наше розуміння простору та часу.

Теорія причинних множин

У всіх сучасних теоріях простір та часбезперервні. Вони утворюють гладку тканину, яка є основою всієї реальності. У такому безперервному просторі-часі дві точки можуть бути якомога ближче один до одного в просторі, і дві події можуть відбутися якомога ближче один до одного в часі.

Але інший підхід, званий теорією причиннихмножин, що переосмислює простір-час як серію дискретних фрагментів, або «атомів» простору-часу. Ця теорія встановила б суворі обмеження на те, наскільки близькими можуть бути події у просторі та часі, оскільки вони не можуть бути ближчими, ніж розмір «атома».

Нова теорія, можливо, зможе об'єднати ОТО та квантову механіку.

Вам буде цікаво: Вчені із ЦЕРН стоять на порозі відкриття «нової фізики»

Наприклад, коли ви дивитеся на екран, читаючи цюстаттю, все здається гладким та безперервним. Але якби ви подивилися на цей екран через збільшувальне скло, то побачили б пікселі, які розділяють простір і виявили б, що неможливо наблизити два зображення на екрані ближче ніж на один піксель. Ця теорія схвилювала фізика Бруно Бенто з університету Ліверпуля.

Я був схвильований, виявивши цю теорію, якане тільки намагається бути якомога фундаментальнішою – будучи підходом до квантової гравітації та фактично переосмислюючи саме поняття простору-часу, але також відводить центральну роль часу та його течії, – розповів фізик в інтерв'ю Live Science.

«Велика частина філософії причинно-наслідкових зв'язків полягає в тому, що протягом часу є чимось фізичним, що його не слід приписувати якийсьвиникає ілюзії чи щось, що відбувається всередині нашого мозку, що змушує нас думати, що час тече; це проходження саме собою є виявом фізичної теорії», – пишуть автори наукової роботи.

Теорія причинних множин має важливі наслідки для природи часу.

Отже, в теорії причинних множинзростатиме по одному «атому» за раз і ставатиме все більше і більше». Підхід із причинно-наслідковими зв'язками акуратно усуває проблему сингулярності Великого вибуху, бо теоретично сингулярності що неспроможні існувати. Матерія не може стиснутись до нескінченно малих точок – вони можуть стати не менше розміру атома простору-часу.

Людському оку не підвладний мікросвіт. На щастя, у нас є інструменти, що дозволяють побачити атоми та електрони.

Але як у такому разі виглядає початок нашоїВсесвіту? Як вважає Ленту та його колега Став Залель, аспірант Лондонського Імперського коледжу, теорія причинних множин може про це багато розповісти. Їхня робота поки що не пройшла експертну оцінку і опублікована на сервері препринтів arXiv.

Чи не пропустіть: Чи може квантова механіка пояснити існування простору-часу?

У ній фізики розглянули питання про те, «чи маєіснувати початок Всесвіту у підході до причинно-наслідкових зв'язків». У початковому формулюванні причинний набір виростає з нічого у Всесвіт, який ми бачимо сьогодні. У новій роботі Великого вибуху як початок Всесвіту не було, оскільки причинно-наслідковий зв'язок був би нескінченним у минулому. Це означає, що у минулому завжди було щось ще.

Нова робота має на увазі, що Всесвіт, можливо, не мав початку - Вона просто існувала завжди. Те, що ми сприймаємо як Великий вибух, можливо було просто особливим моментом в еволюції цього завжди існуючого причинного набору, а не справжнім початком.

Великий вибух чи Нічого?

Погодьтеся, дуже захоплююче дослідження.Зрештою, понад сто років фізики не можуть поєднати квантовий світ і світ, який ми бачимо перед собою. Але навіть якщо робота пройде експертну оцінку і буде опублікована в науковому журналі, вчених попереду дуже багато роботи.

Адже ми, як і раніше, не знаємо, чи може цей безпричинний причинно-наслідковий підхід дозволити використовувати фізичні теорії для опису складної еволюції Всесвіту під час Великого вибуху.

Можливо, коли-небудь ми розгадаємо найбільші таємниці Всесвіту

Таким чином, питання про те, чи можна новийпідхід інтерпретувати «розумним» чином залишається відкритим. Проте дослідникам вдалося показати, що така структура справді можлива. Принаймні математично. Так що найближчим часом ми й справді може дізнатися, чи був у Всесвіті початок або ж він існував завжди. Чекатимемо.