дуальности и отождествления в рамках теории, которые позволяют свести ее к частным случаям известных теорий струн и, в конечном итоге, к физике, которую мы наблюдаем в нашей Вселенной.
Введение в M-теорию
Однако постепенно в ней израсходуется запас энергии и газа. Нейтронные звезды превратятся в черные дыры, остальные, потратив все тепло, станут белыми карликами. Постепенно температура в пространстве начнет падать, пока не установится на отметке абсолютного нуля. Большой разрыв. Все объекты во Вселенной притягиваются, но это не мешает галактикам постепенно отодвигаться друг от друга. Ученые полагают, что при определенных обстоятельствах объекты в пространстве смогут отдалиться на такие расстояния, что сила притяжения станет равна нулю. Каким в итоге окажется будущее Вселенной, пока неизвестно. Поскольку она еще не закончила процесс формирования, конец для нее наступит через миллиарды лет. Сколько звезд во Вселенной?
Звездное небо Любой, кто интересуется космосом, рано или поздно задумывается: а сколько звезд во Вселенной? Она состоит из галактик, внутри которых может быть огромное количество светил, причем для наблюдения некоторых требуется специальное оборудование. Поскольку звезды делятся на белых гигантов, красных карликов и т. Интересный факт: невооруженным взглядом, без использования специального оборудования, в ночном небе человек может разглядеть до 9000 звезд. Все они находятся во Млечном Пути. Пример наблюдения космических объектов в телескоп Если для наблюдения за звездным небом использовать бинокль, то количество звезд, доступных взгляду, существенно возрастет и станет равно 200 тысячам. А если под рукой окажется телескоп средней мощности, то общая численность светил на небе увеличится до 15 миллионов. Более того, с помощью этого устройства человек сможет наблюдать отдаленные галактики, которые выглядят как небольшие пятна.
Но сколько их существует во Вселенной? Во Млечном Пути, где расположена Солнечная система, находится примерно 400 млрд. Данная цифра является очень большой, но она невелика по отношению ко Вселенной. Существуют спиральные галактики, насчитывающие 100 триллионов светил. По подсчетам, минимальное количество звезд во Вселенной равно септиллиону 10 в 24-й степени. Все они находятся в пределах 46 млрд. Именно такая область поддается наблюдению. Однако дальше этого расстояния могут находиться и другие галактики, скрытые от глаз человека.
Соответственно, общее количество звезд во Вселенной может быть гораздо больше септиллиона. Есть ли у Вселенной конец? Изображение реликтового излучения Пока ученые не могут с уверенностью ответить на данный вопрос. Человечество не обладает достаточными технологиями, чтобы заглянуть в бесконечную даль и убедиться в наличии или отсутствии краев у пространства. Однако некоторые обсерватории непрерывно работают в этом направлении. У ответа на этот вопрос может быть два варианта: Вселенная конечна, либо она бесконечна. Если принимать за действительность первый вариант, то установить теоретические края мироздания помогает реликтовое излучение. Свет, оставшийся после Большого взрыва, протянулся на расстоянии примерно в 93 млрд.
Это и можно считать за границу Вселенной. Вольное изображение границ Вселенной Второй вариант указывает на то, что космос бесконечен. Тогда, если человек отправится в любом направлении на большой скорости, то ему встретится бесконечное количество галактик, звезд и планет. Более того, ученые убеждены, что в этом случае где-то может существовать идентичная Солнечная система с Землей, которую населяют точно такие же люди. Ведь если пространство безгранично, и в нем существует неограниченное количество планет, вероятность того, что где-то существует клон Земли, стремится к бесконечности. Интересный факт: теория о бесконечности космоса часто применяется в научно фантастических фильмах, книгах и комиксах, когда герой встречается со своей копией из другого измерения. Возможно, в будущем люди смогут узнать наверняка, имеет ли Вселенная конец.
Фото: использованы в качестве иллюстраций Белые дыры, мультивселенная и вечная симуляция. Безумные теории, объясняющие устройство Вселенной Автор: Антон Мерзляков. Фото: использованы в качестве иллюстраций Вопросы происхождения нашего вида и Вселенной в целом волнуют человечество с незапамятных времен. С развитием науки, которое особенно ускорилось в XX веке, у нас вышло получить ответы на столетиями казавшиеся неразрешимыми вопросы. Но множество тайн пока так и остаются неразгаданными: ученые со всего мира предлагают теории, стараясь объяснить устройство мироздания. Ниже несколько безумных предположений, которые тем не менее могут оказаться правдивыми. Теория относительности ошибочна? Различные теории о функционировании Вселенной зачастую зависят от понимания гравитации — единственной силы в физике, воздействующей на материю в весьма серьезных масштабах. Правда, одной гравитацией объяснить определенные астрономические наблюдения в последние десятилетия получается не всегда. Так, например, если измерить скорость звезд на окраинах галактики, выяснится: они двигаются слишком быстро, чтобы суметь оставаться на орбитах если к центру галактики их притягивает только одна гравитация. Аналогично скопления галактик, вероятно, удерживаются вместе более мощной силой по сравнению с той, которую можно объяснить «гравитацией видимой материи». Существует два возможных решения. Стандартная версия, которую предпочитает большинство ученых, заключается в том, что Вселенная содержит невидимую «темную материю», которая обеспечивает недостающую гравитацию. Загвоздка, впрочем, тоже есть. Несмотря на распространенность и принятие концепции основной в 1980-х годах , пресловутую «темную материю» ни разу за всю историю не получалось обнаружить. Ее открыли теоретические физики, после чего несколько десятилетий шли исследования по уточнению характеристик.
Это позволяет предположить, что эти галактики удаляются от нас все дальше и дальше. Совсем недавно ученые нашли доказательства того, что расширение Вселенной не фиксировано, а на самом деле ускоряется. Для этого явления есть термин, известный как космологическая постоянная или лямбда. В чем проблема? Космологическая постоянная была головной болью для космологов, потому что предсказания ее значения, сделанные физикой элементарных частиц, отличаются от реальных наблюдений на 120 порядков. Поэтому космологическую постоянную называют «худшим предсказанием в истории физики». Шаровое скопление NGC 6397. Но авторы нового исследования решили эту проблему, переосмысливая существующие версии. Что предлагает новое исследование? В математической интерпретации Ломбризера Вселенная не расширяется, а является плоской и статической, как когда-то считал Эйнштейн. Наблюдаемые эффекты, которые указывают на расширение, можно объяснить эволюцией масс частиц, таких как протоны и электроны, с течением времени. В такой интерпретации частицы возникают из поля, пронизывающего пространство-время.
Теория же суперсимметрии идет еще дальше и утверждает, что и сами кварки и лептоны не фундаментальны: все они состоят из еще более тяжелых и не открытых экспериментально структур кирпичиков материи, скрепленных еще более прочным «цементом» сверхэнергетичных частиц-носителей взаимодействий, нежели кварки в составе адронов и бозонов. Естественно, в лабораторных условиях ни одно из предсказаний теории суперсимметрии до сих пор не проверено, однако гипотетические скрытые компоненты материального мира уже имеют названия - например, сэлектрон суперсимметричный напарник электрона , скварк и т. Существование этих частиц, однако, теориями такого рода предсказывается однозначно. Картину Вселенной, предлагаемую этими теориями, однако, достаточно легко представить себе наглядно. В масштабах порядка 10Е—35 м, то есть на 20 порядков меньше диаметра того же протона, в состав которого входят три связанных кварка, структура материи отличается от привычной нам даже на уровне элементарных частиц. На столь малых расстояниях и при столь высоких энергиях взаимодействий, что это и представить немыслимо материя превращается в серию полевых стоячих волн, подобных тем, что возбуждаются в струнах музыкальных инструментов. Подобно гитарной струне, в такой струне могут возбуждаться, помимо основного тона, множество обертонов или гармоник. Каждой гармонике соответствует собственное энергетическое состояние. Согласно принципу относительности см. Теория относительности , энергия и масса эквивалентны, а значит, чем выше частота гармонической волновой вибрации струны, тем выше его энергия, и тем выше масса наблюдаемой частицы. Однако, если стоячую волну в гитарной струне представить себе наглядно достаточно просто, стоячие волны, предлагаемые теорией суперструн наглядному представлению поддаются с трудом - дело в том, что колебания суперструн происходят в пространстве, имеющем 11 измерений. Мы привыкли к четырехмерному пространству, которое содержит три пространственных и одно временное измерение влево-вправо, вверх-вниз, вперед-назад, прошлое-будущее. В пространстве суперструн всё обстоит гораздо сложнее см. Физики-теоретики обходят скользкую проблему «лишних» пространственных измерений, утверждая, что они «скрадываются» или, научным языком выражаясь, «компактифицируются» и потому не наблюдаются при обычных энергиях. Совсем уже недавно теория струн получила дальнейшее развитие в виде теории многомерных мембран - по сути, это те же струны, но плоские. Как походя пошутил кто-то из ее авторов, мембраны отличаются от струн примерно тем же, чем лапша отличается от вермишели. Вот, пожалуй, и всё, что можно вкратце рассказать об одной из теорий, не без основания претендующих на сегодняшний день на звание универсальной теории Великого объединения всех силовых взаимодействий. Увы, и эта теория небезгрешна. Прежде всего, она до сих пор не приведена к строгому математическому виду по причине недостаточности математического аппарата для ее приведения в строгое внутреннее соответствие. Прошло уже 20 лет, как эта теория появилась на свет, а непротиворечиво согласовать одни ее аспекты и версии с другими так никому и не удалось. Еще неприятнее то, что никто из теоретиков, предлагающих теорию струн и, тем более суперструн до сих пор не предложил ни одного опыта, на котором эти теории можно было бы проверить лабораторно. Увы, боюсь, что до тех пор, пока они этого не сделают, вся их работа так и останется причудливой игрой фантазии и упражнениями в постижении эзотерических знаний за пределами основного русла естествознания. Изучение свойств чёрных дыр В 1996 г. В этой работе Строминджеру и Вафе удалось использовать теорию струн для нахождения микроскопических компонентов определенного класса чёрных дыр, а также для точного вычисления вкладов этих компонентов в энтропию. Работа была основана на применении нового метода, частично выходящего за рамки теории возмущений, которую использовали в 1980-х и в начале 1990-х гг. Результат работы в точности совпадал с предсказаниями Бекенштейна и Хокинга, сделанными более чем за двадцать лет до этого. Реальным процессам образования чёрных дыр Строминджер и Вафа противопоставили конструктивный подход. Они изменили точку зрения на образование чёрных дыр, показав, что их можно конструировать путем кропотливой сборки в один механизм точного набора бран, открытых во время второй суперструнной революции. Имея в руках все рычаги управления микроскопической конструкцией чёрной дыры , Строминджер и Вафа смогли вычислить число перестановок микроскопических компонентов чёрной дыры, при которых общие наблюдаемые характеристики, например масса и заряд, остаются неизменными. После этого они сравнили полученное число с площадью горизонта событий чёрной дыры - энтропией, предсказанной Бекенштейном и Хокингом, - и получили идеальное согласие. По крайней мере, для класса экстремальных чёрных дыр Строминджеру и Вафе удалось найти приложение теории струн для анализа микроскопических компонентов и точного вычисления соответствующей энтропии. Проблема, стоявшая перед физиками в течение четверти века, была решена. Для многих теоретиков это открытие было важным и убедительным аргументом в поддержку теории струн. Разработка теории струн до сих пор остается слишком грубой для прямого и точного сравнения с экспериментальными результатами, например, с результатами измерений масс кварка или электрона. Теория струн, тем не менее, дает первое фундаментальное обоснование давно открытого свойства чёрных дыр, невозможность объяснения которого многие годы тормозила исследования физиков, работавших с традиционными теориями. Даже Шелдон Глэшоу, Нобелевский лауреат по физике и убеждённый противник теории струн в 1980-е гг. Струнная космология Существует три основных пункта, в которых теория струн модифицирует стандартную космологическую модель. Во-первых, в духе современных исследований , всё более проясняющих ситуацию, из теории струн следует, что Вселенная должна иметь минимально допустимый размер. Этот вывод меняет представление о структуре Вселенной непосредственно в момент Большого взрыва, для которого в стандартной модели получается нулевой размер Вселенной. Во-вторых, понятие T-дуальности, то есть дуальности малых и больших радиусов в его тесной связи с существованием минимального размера в теории струн, имеет значение и в космологии. В-третьих, число пространственно-временных измерений в теории струн больше четырёх, поэтому космология должна описывать эволюцию всех этих измерений. Модель Бранденберга и Вафы В конце 1980-х гг. Роберт Бранденбергер и Кумрун Вафа сделали первые важные шаги к пониманию того, к каким изменениям в следствиях из стандартной космологической модели приведет использование теории струн. Они пришли к двум важным выводам. Во-первых, по мере движения назад к моменту Большого взрыва температура продолжает расти до момента, когда размеры Вселенной по всем направлениям сравняются с планковской длиной. В этот момент температура достигнет максимума и начнёт уменьшаться. На интуитивном уровне нетрудно понять причину этого явления. Предположим для простоты следуя Бранденбергеру и Вафе , что все пространственные измерения Вселенной циклические. При движении назад во времени радиус каждой окружности сокращается, а температура Вселенной увеличивается. Из теории струн мы знаем, что сокращение радиусов сначала до и затем ниже значений планковской длины физически эквивалентно уменьшению радиусов до планковской длины, сменяющемуся затем их последующим увеличением. Поскольку температура при расширении Вселенной падает, то безрезультатные попытки сжать Вселенную до размеров, меньших планковской длины, приведут к прекращению роста температуры и её дальнейшему снижению. В результате Бранденбергер и Вафа пришли к следующей космологической картине: сначала все пространственные измерения в теории струн плотно свернуты до минимальных размеров порядка планковской длины. Температура и энергия высоки, но не бесконечны: парадоксы начальной точки нулевого размера в теории струн решены. В начальный момент существования Вселенной все пространственные измерения теории струн совершенно равноправны и полностью симметричны: все они свернуты в многомерный комок планковских размеров.
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
| По новой гипотезе, расширение Вселенной - иллюзия | «М-теория является единственным «кандидатом» на законченную теорию Вселенной. |
| Тёмная сторона Вселенной: что такое тёмная материя и как ее найти | В рамках общей теории относительности и удовлетворяющей ее уравнениям космологической модели, называемой Вселенной Фридмана, для такого ускорения требуется экзотический источник, называемый сейчас темной энергией. |
Мир нереален? Как ученый доказал, что наша Вселенная – всего лишь симуляция
В предложенной картине мира частицы возникают из поля, пронзающего пространство-время. Космологическая постоянная задана массой этого поля, а поскольку оно колеблется, массы частиц тоже меняются. Космологическая постоянная меняется со временем, но по другой причине — из-за изменения массы частиц во времени, а не из-за расширения Вселенной. По этой же причине у далеких галактик больше наблюдаемое астрономами красное смещение.
Помимо проблемы расширения Вселенной модель Ломброзье дает ответ и на другие важные проблемы космологии. Например, темной материи: колебания поля ведут себя как так называемое поле аксионов, гипотетических частиц, которые считают кандидатами на роль темной материи. Также флуктуации снимают проблему темной энергии, «в которой теперь нет необходимости».
Она была обнаружена в другой области физики, а ее применение привело к переименованию в теорию суперсимметричных струн или теория суперструн, популярным языком в середине 1970 годов. Одним из преимуществ суперсимметрии является то, что она значительно упрощает уравнения, позволяя исключить некоторые переменные. Без суперсимметрии уравнения приводят к физическим противоречиям, таким как бесконечные значения и воображаемые энергетические уровни. Поскольку ученые не наблюдали частицы, предсказанные суперсимметрией, она все еще является гипотезой. Эти частицы могли существовать в ранней вселенной, но так как она остыла, и после Большого взрыва энергия распространилась, эти частицы перешли на низкоэнергетические уровни. Другими словами, струны, вибрировавшие как высокоэнергетические частицы, утратили энергию, что превратило их в элементы с более низкой вибрацией. Ученые надеются, что астрономические наблюдения или эксперименты с ускорителями частиц подтвердят теорию, выявив некоторые из суперсимметричных элементов с более высокой энергией. Дополнительные измерения Другим математическим следствием теории струн является то, что она имеет смысл в мире, число измерений которого больше трех.
В настоящее время этому существует два объяснения: Дополнительные измерения шесть из них свернулись, или, в терминологии теории струн, компактифицировались до невероятно малых размеров, воспринять которые никогда не удастся. Мы застряли в 3-мерной бране, а другие измерения простираются вне ее и для нас недоступны. Важным направлением исследований среди теоретиков является математическое моделирование того, как эти дополнительные координаты могут быть связаны с нашими. Последние результаты предсказывают, что ученые в скором времени смогут обнаружить эти дополнительные измерения если они существуют в предстоящих экспериментах, так как они могут быть больше, чем ожидалось ранее. Понимание цели Цель, к которой стремятся ученые, исследуя суперструны — «теория всего», т. В случае успеха она могла бы прояснить многие вопросы строения нашей вселенной. Объяснение материи и массы Одна из основных задач современных исследований — поиск решения для реальных частиц. Теория струн начиналась как концепция, описывающая такие частицы, как адроны, различными высшими колебательными состояниями струны.
В большинстве современных формулировок, материя, наблюдаемая в нашей вселенной, является результатом колебаний струн и бран с наименьшей энергией. Вибрации с большей порождают высокоэнергичные частицы, которые в настоящее время в нашем мире не существуют. Масса этих элементарных частиц является проявлением того, как струны и браны завернуты в компактифицированных дополнительных измерениях. Например, в упрощенном случае, когда они свернуты в форме бублика, называемом математиками и физиками тором, струна может обернуть эту форму двумя способами: короткая петля через середину тора; длинная петля вокруг всей внешней окружности тора. Короткая петля будет легкой частицей, а большая — тяжелой. При оборачивании струн вокруг торообразных компактифицированных измерений образуются новые элементы с различными массами. Теория суперструн кратко и понятно, просто и элегантно объясняет переход длины в массу. Свернутые измерения здесь гораздо сложнее тора, но в принципе они работают также.
Возможно даже, хотя это трудно представить, что струна оборачивает тор в двух направлениях одновременно, результатом чего будет другая частица с другой массой. Браны тоже могут оборачивать дополнительные измерения, создавая еще больше возможностей. Определение пространства и времени Во многих версиях теория суперструн измерения сворачивает, делая их ненаблюдаемыми на современном уровне развития технологии. В настоящее время не ясно, сможет ли теория струн объяснить фундаментальную природу пространства и времени больше, чем это сделал Эйнштейн.
Опять же, все довольно просто и очень интересно. По задумке создателей этой гипотезы, новые «Большие взрывы» происходят за пределами нашей вселенной. Для начала стоит понять о том, что мы подразумеваем под словом «вселенная». Вселенная изначально означало «все», в глобальном смысле этого слова, каждая галактика, планета, человек и даже наши мысли являются частью этого «всего». Но впоследствии ученые отказались от такого значения из-за того, что он звучит не совсем научно. Теперь же вселенной принято называть отдельный регион, в котором расширяется космос после Большого взрыва.
Такое менее обширное понятие дает возможность для существования нашей теории о множественной вселенной. Но где же эти вселенные находятся? Хороший вопрос, но на него мы уже дали ответ. Как было сказано нами ранее, за пределами нашей вселенной, где у нас нет возможности видеть. Теперь, когда мы понимаем, что вселенная это не все существующее, а лишь определенный регион космоса, это довольно проще представить у себя в голове. Или же нет. Для большинства людей это все равно остается довольно непонятно, так что попробуем описать это более простыми словами для наглядности.
Нам рассказывали о протонах, нейтронах и электронах, о том, что они являются строительными блоками всей материи, но ученые обнаружили, что на занятиях уделяли внимание далеко не всему, что есть во Вселенной. Оказывается, того, что состоит не из атомов, в 10 раз больше видимой материи нашей Вселенной.
Хотя точные значения, естественно, колеблются. Особенно если добавить к числу звезд планеты, кометы и все, что «плавает» в космическом пространстве. А потом вы обнаруживаете, что наш Млечный Путь — всего лишь одна галактика во Вселенной, заполненной миллиардами и миллиардами других галактик. И в каждой из этих галактик есть планеты и звезды, примерно похожие на наши… В этот момент приходит осознание, что Вселенная — действительно большое место. И когда мы наивно полагаем, что можем видеть все ее составляющие, выясняется, что видимая часть Вселенной — лишь крошечный пазл всей космической картины. Что такое темная материя? Но в мире науки все намного сложнее и более размыто. Темная материя ведет себя не так, как обычная материя , к которой привыкли ученые. Она не излучает свет, более того — она его не отражает и не поглощает.
Загадочные «нечастицы» способны расколоть Вселенную
В рамках общей теории относительности и удовлетворяющей ее уравнениям космологической модели, называемой Вселенной Фридмана, для такого ускорения требуется экзотический источник, называемый сейчас темной энергией. Развивая эту теорию, Лоренц пришел к формулам похожим на уравнения специальной теории относительности, в частности Лоренц пришел к тем же выводам о замедлении времени и сокращении длины при движении на околосветовых скоростях. Устройство мироздания: самые необычные концепции Вселенной.
История и свойства М-теории
Своё видение устройства мироздания и как выглядит модель Вселенной, рассказывает известный российский учёный Плыкин В.Д. исследование, россия, подкасты риа новости, вселенная, наука, квантовая теория, аудио, физика. В своей основе Теория струн отрицает и утверждает, что Вселенная существовала всегда. Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае. Суть теории заключается в том, что вселенная возникла из одной точки, называемой точкой сингулярности, по причине того самого большого взрыва. В этой статье я максимально простым языком изложу 8 самых фундаментальных законов Вселенной.
Границы Вселенной
- 11 законов энергии Вселенной - Как их применять
- 60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
- Хокинг, математика и струны: три ключевых теории о параллельных мирах
- Мир нереален? Как ученый доказал, что наша Вселенная – всего лишь симуляция
- Параллельная Вселенная: существует ли она, теории | РБК Тренды
- Мир нереален? Как ученый доказал, что наша Вселенная – всего лишь симуляция
Теория мультивселенной на доступном языке
В рамках общей теории относительности и удовлетворяющей ее уравнениям космологической модели, называемой Вселенной Фридмана, для такого ускорения требуется экзотический источник, называемый сейчас темной энергией. В рамках общей теории относительности и удовлетворяющей ее уравнениям космологической модели, называемой Вселенной Фридмана, для такого ускорения требуется экзотический источник, называемый сейчас темной энергией. Ты узнаешь о законах энергии Вселенной и сможете понять, как использовать эти законы в своей жизни. Согласно наиболее популярной теории эволюции Вселенной, смерть последней будет холодной. |. Если сложить две вселенные, наблюдаемую и не наблюдаемую, то получиться, что вселенная постоянно выворачивается, при этом имеет общий стабильные размеры во времени. Согласно теории, до этого Вселенная была очень крошечной, очень горячей, плотной точкой, похожей на сингулярность, из которой возникло все, что мы видим вокруг себя.
Физики: У Вселенной не было начала
Вселенная, новости космоса, НЛО, а также непознанное на самом популярном сайте Наша Вселенная. Конечно, это описание Мироздания является очень упрощённым, можно сказать, что это – «Мироздание для чайников», которыми мы все с вами пока ещё являемся. Теория струн Теория струн – физическая теория, объединяющая квантовую механику и общую теорию относительности, и считающаяся главным кандидатом на роль теории квантовой гравитации. и новая теория квантовой гравитации показывает, как это может работать. Согласно общепринятой теории, Вселенная родилась вместе с Большим взрывом и выглядела как очень горячая и плотная точка.