Превзойти скорость света и опытным путем подтвердить существование зон "нулевого времени" удалось ученым из германского университета города Кобленц. Во время опытов они зафиксировали движение фотона, скорость которого превышала скорость света. Об этом сообщает сегодня британский научный журнал New Scientist.
Тем самым, по словам издания, поставлены под сомнение основы теории относительности Альберта Эйнштейна, которая дает современное физическое описание основ нашего мироздания. Теория гласит, что скорость света является абсолютной и не может быть превышена.
Однако профессорам Гюнтеру Нимцу и Альфонсу Стальхофену удалось экспериментальным путем получить и изучить известный в современной теоретической физике "эффект туннеля". Согласно существующей теории, в подобных туннелях существует "нулевое время".
Открытие было сделано в ходе опытов по прохождению света через две находящиеся на расстоянии метра друг от друга зеркальных призм. При этом фотон, пересекающий созданный туннель, достигал конечной точки одновременно со светом, отраженным одной из граней призмы, хотя он проходил значительно большую дистанцию.
Как заявил в прямом эфире радиостанции BBC профессор Стальхофен, эти опыты уже повторены в других ведущих мировых лабораториях, и учеными получены аналогичные результаты. "Мы столкнулись с парадоксальным физическим явлением, когда можно оказаться в конечной точке пути еще и не начиная движения", - отметил ученый.
Этот феномен подтверждает ряд предположений квантовой физики относительно пространственно-временных форм, которые существовали до так называемого "большого взрыва" - мгновенного развертывания нашей вселенной.
Альфонс Стальхофен также считает, что проведенные эксперименты подтверждают существование иных физических законов, нежели те, что составляют основу современной физики. "В физике Эйнштейна причина вызывает следствие, в нашем случае изменена причина, которая ведет к совершенно новым и парадоксальным последствиям",- заявил немецкий ученый.
Sunday, August 19, 2007
Monday, September 18, 2006
СУДЬБЫ МИРОЗДАНИЯ
Алексей ЛЕВИН
Все распались мезоны, Все распались нейтроны, Излучился весь видимый свет. По закону Кулона / Разлетелись протоны, На лептоны надежды нет. (Д. Фроман, "Баллада об астронавте" из книги "Физики шутят") Десяток лет назад в космологии доминировали две модели эволюции космоса, основанные на общей теории относительности (ОТО). В открытой модели Вселенная расширяется вечно, но скорость ее расширения монотонно сокращается и стремится к положительному пределу. В закрытой модели расширение сменяется сжатием.
Все зависит от того, будет ли в начале процесса расширения средняя плотность энергии космической материи больше или меньше некого критического значения. Астрономические данные привели ученых к выводу, что в сумме средняя энергетическая плотность всех известных видов вещества и излучения и гипотетической темной материи составляет всего 30% от критического показателя. Однако в 1998 году наблюдения за очень далекими сверхновыми привели астрономов к выводу, что скорость расширения Вселенной не падает, а, наоборот, возрастает! Такая возможность раньше рассматривалась лишь чисто теоретически. Сейчас принято считать, что отношение полной плотности энергии к критическому значению лишь чуть-чуть меньше единицы. Для подсчета этой полной плотности надо добавить еще одно слагаемое, энергию вакуума (ее также называют темной энергией). Эта энергия противостоит силе тяготения и, следовательно, вызывает расширение пространства. По последним данным, она не играла существенной роли в течение первой половины жизни Вселенной, но около шести миллиардов лет назад по непонятной причине включилась в работу. Недавно полученные данные заставили ученых пересмотреть выводы о том, из чего состоит наша Вселенная Чтобы вакуум действовал как антигравитатор, плотность его энергии должна быть положительной. Наблюдение за дальними сверхновыми показало, что Вселенная ускоряет свое расширение очень медленно. Это означает, что плотность энергии вакуума все же достаточно мала. Если такая ситуация сохранится и в будущем, то Вселенная до скончания времени будет расширяться с очень плавным ускорением. Этот сценарий (с темной энергией или без нее) называют Большой заморозкой (Big Freeze). Но есть и альтернатива – если темная энергия наберет силу, темпы расширения резко возрастут и Вселенная буквально взорвется, причем за сравнительно короткое время. Этот вариант называется Большим разрывом (Big Rip). Наиболее подробно "морозильный" сценарий разработали американские физики Фред Адамс и Грегори Лафлин как раз накануне открытия ускоренного расширения Вселенной – в 1997 году. Они выполняли свои вычисления на базе стандартной открытой модели без учета энергии вакуума. Согласно их модели, история нашей Вселенной насчитывает четыре эры. Модели расширения Вселенной. Вселенная, замедляющая свое расширение (слева), достигает своего нынешнего размера (в желтой рамке) за наименьшее время. Она может коллапсировать или расширяться бесконечно, снижая темпы до нуля. 
Вселенная, расширяющаяся с постоянной скоростью (в центре), старше предыдущей – для достижения современного размера ей требуется больше времени. Она расширяется бесконечно. Вселенная, расширяющаяся с ускорением (справа), еще старше. Скорость ее расширения увеличивается из-за действия антигравитационных сил вакуума Звездная эра началась через сотню миллионов лет после Большого взрыва. Во Вселенной стали возникать первые звезды и началась интенсивная генерация энергии за счет термоядерного синтеза в звездных недрах. Эти процессы продолжаются и сейчас, но Адамс и Лафлин вычислили, что звездообразование закончится, когда Вселенной исполнится 1014 лет. К этому времени в космическом пространстве больше не останется свободного водорода, способного стягиваться гравитацией в газо-пылевые облака, дающие начало новым звездам. Тогда же прекратятся и ядерные реакции в самых легких (0,08–0,3 массы Солнца) и потому долгоживущих звездах, красных карликах. Все прочие светила еще раньше исчерпают термоядерное топливо. Звезды с массой до 8–12 солнечных масс закончат свое существование остывающими белыми карликами, на месте более тяжелых светил (до 25–30 масс Солнца) возникнут нейтронные звезды, а звезды-сверхгиганты дадут начало черным дырам. Звездная эра закончится. Эра вырождения охватывает промежуток 1015–1037 лет. От сверкавших некогда термоядерных светил остались нейтронные звезды и белые карлики. Есть еще "несостоявшиеся" звезды – коричневые карлики, водородные тела с массой от 10 до 80 масс Юпитера (0,01–0,08 массы Солнца). Они слишком легки для поджога термоядерной реакции, но нагревают свою поверхность до шести-семи сотен градусов за счет гравитационного сжатия. Наличествуют также планеты, планетоиды и прочая космическая мелочь. И конечно, копятся черные дыры. Дыры-супергиганты, которые в звездную эру сформировались в активных ядрах большинства галактик, продолжают глотать вещество и увеличивать размеры и массу. К ним добавляются дыры звездных масштабов, наследницы самых массивных светил. Случается, что дыры сливаются друг с другом и с нейтронными звездами и еще больше распухают. Далее прогноз становится менее определенным. Как известно, свободные нейтроны быстро распадаются на протоны, электроны и антинейтрино (бета-распад), а потому выживают либо в составе атомных ядер, либо внутри сверхплотных нейтронных звезд. Протоны тоже не вечны, так сегодня считают большинство физиков. Период их полураспада пока точно не определен, но, по оценкам, он превышает 1032 лет. Адамс и Лафлин заложили в свою модель куда большее значение – 1037 лет. Это означает, что к концу эры вырождения распадется каждый второй из 1078 протонов, возникших после Большого взрыва. Распад протона может осуществляться разными путями, но все же доминирует канал с образованием нейтрального пи-мезона и позитрона. Первая частица превращается в два высокоэнергетичных фотона, а вторая делает то же самое после аннигиляции с электроном. Таким образом, один протон дает начало четырем гамма-квантам. Следовательно, в конце эры вырождения обычное вещество в составе планет и белых карликов начнет превращаться в излучение. Исчезновение протонов сулит смерть и нейтронным звездам. Они покрыты коркой обычного вещества, которое испарится при протонном распаде. На оголенной поверхности звезды плотность нейтронной материи относительно невелика, и нейтроны начинают исчезать в бета-распадах. Финал все тот же – вещество дает начало излучению. Эра черных дыр приходится на промежуток 1038–10100 лет. В это время исчезнут практически все барионы (протоны и нейтроны), и единственными макрообъектами Вселенной останутся черные дыры. Однако и они постепенно испарятся в излучение и исчезнут во взрывах (статья "Удивительная история черных дыр" из "ПМ" №11’2005 есть на интернет-сайте журнала). Супермассивная дыра, успевшая заглотить крупную галактику (порядка ста миллиардов солнечных масс), может протянуть не более 1098 лет. Так что к концу этой эпохи дыры практически исчезнут. Темная эра наступит, когда возраст мироздания превысит 10100 лет. Из былого богатства материи останутся лишь кванты электромагнитного излучения почти нулевой температуры и стабильные лептоны (нейтрино, электроны и позитроны). Некоторые электроны и позитроны образуют связанные пары (атомы позитрония), поперечник которых может составлять триллионы световых лет. Эти частицы будут сближаться по спирали и в конце концов тоже аннигилируют (через 10141 лет). Оставшиеся в неимоверно разбухшем космосе свободные электроны и позитроны встречаться не будут, а посему и не исчезнут. Это и есть космологическая тепловая смерть в самом чистом виде. Оправдается ли этот прогноз, сделанный в 1997 году? "Я полагаю, что сценарий Большой заморозки вполне убедителен до сих пор, – говорит "Популярной механике2 профессор Мичиганского университета Фред Адамс. – Теперь мы знаем, что Вселенная расширяется с небольшим ускорением. Это означает, что космическое пространство опустеет быстрее, нежели в наших расчетах, но в остальном мало что изменится". Профессор Калифорнийского университета Грегори Лафлин добавляет: "Космологическая тепловая смерть все же не означает беспредельного охлаждения. Девять лет назад мы считали, что температура Вселенной будет стремиться к абсолютному нулю. Однако недавно было показано, что благодаря ненулевой энергии вакуума температура реликтовых фотонов при любом расширении пространства не упадет ниже 10–27 К". Сценарии Большого разрыва рассматривают с начала 1980-х годов. Наиболее экзотический из них в 2003 году предложили Роберт Калдвелл, Марк Камионковски и Невин Вейнберг. В соответствии с их моделью, все возрастающее увеличение темной энергии приведет к вселенскому антиколлапсу. Ждать этого не так уж и долго – всего 20 миллиардов лет. За миллиард лет до этого срока скорость расширения пространства возрастет до такой степени, что кластеры галактик потеряют всякую устойчивость и начнут разрушаться. Распад Млечного Пути начнется за 60 миллионов лет до рокового финала. За три месяца до него послесолнечный белый карлик не сможет удерживать оставшиеся планеты, и меньше чем за час расширяющееся пространство разорвет и их. А затем придет очередь пылевых частиц, атомов, атомных ядер и даже протонов и нейтронов, которые распадутся на кварки и глюоны. Это-то и будет настоящим концом света. Не все модели эволюции Вселенной относят ее гибель в далекое будущее. Существует сценарий, согласно которому финал может наступить даже завтра. Впервые он был предложен московскими физиками М.Б. Волошиным, И.Ю. Кобзаревым и Л.Б. Окунем в 1975 году, однако в их работе содержались ошибки. Спустя пять лет американцы Сидни Коулман и Фрэнк Де Луччиа уточнили этот сценарий. В то время считалось, что вакуум нашего мира, скорее всего, является истинным (см. врезку) и обладает нулевой энергией. Коулман и Де Луччиа, напротив, предположили, что наш вакуум фальшивый, то есть находится в чрезвычайно долгоживущем (как говорят физики, метастабильном) возбужденном состоянии с положительной энергией. Они показали, что механизм квантового туннелирования делает возможным спонтанное превращение ложного вакуума в истинный в крошечной области пространства. Родившийся пузырек истинного вакуума станет расширяться, порождая внутри себя материю с абсолютно новыми физическими свойствами и полностью уничтожая наш фальшиво-вакуумный мир. Где бы такой пузырь ни возник, до нас он доберется со скоростью света и, следовательно, без всякого предупреждения. Аналог этого сценария возникает и в новейшей версии квантовой гравитации, основанной на теории суперструн. "Эта теория также предполагает, что вакуум метастабилен. Он может туннелировать в состояние с нулевой плотностью энергии, но может случиться и так, что эта плотность окажется отрицательной. В первом случае наш мир обретет еще шесть пространственных измерений, то есть пространство-время станет уже не четырехмерным, а десятимерным. Разумеется, это будет мир с совершенно другой физикой, мы там не выживем. Второй вариант похуже. Если плотность вакуумной энергии где-то упадет ниже нуля, космос будет поглощен пузырем всеобщего коллапса, расширяющимся со скоростью света, – объясняет профессор Стэнфордского университета Андрей Линде. – Коулман и Де Луччиа допускали последнюю возможность, однако не принимали ее всерьез. В конце мая мы с коллегами опубликовали расчеты, из которых следует, что этот вариант нельзя сбрасывать со счетов. Однако он не означает конца всей Мультивселенной, поскольку в ней будут появляться новые миры, рожденные космической инфляцией. Так что мироздание как целое все же бессмертно". Закрытые модели мироздания не отличаются особым разнообразием. Вселенная еще какое-то время будет расширяться, в силу чего температура реликтового космического излучения (которая сейчас равна 2,7 К) продолжит падать. Далее такое расширение сменится сжатием, скорость которого будет непрерывно увеличиваться. Галактики станут сближаться, температура реликтовых фотонов возрастет, пространство-время будет искривляться все сильнее и сильнее, и в конце концов мироздание исчезнет в квантовой сингулярности. Фактически, это Большой взрыв с обратным знаком. Сейчас плотность космической энергии меньше критической, и этот сценарий вроде бы не имеет шансов на реализацию. Однако из некоторых квантовых теорий гравитации следует, что в будущем темная энергия может изменить знак и начать работать не на расширение, а на сжатие пространства. В этом случае коллапс мироздания может стать реальностью. Любопытно, что согласно кое-каким расчетам его придется ожидать примерно столько же, сколько и Большого разрыва – 10–20 миллиардов лет. По обычным представлениям, вакуум – это просто отсутствие чего бы то ни было, то есть обычная пустота. Однако это бытовое определение не подходит ученым, изучающим квантовую теорию поля. Физики считают, что вакуум – не абсолютная пустота, а весьма сложная динамическая система с множеством степеней свободы. В нем отсутствуют реальные частицы, однако (в силу квантовых соотношений неопределенностей) постоянно рождаются и исчезают их виртуальные аналоги. Если вакуум пребывает в состоянии с минимально возможной энергией, его называют истинным. Однако вакуум может обладать и возбужденными состояниями с более высокими значениями энергии. Такой вакуум называют фальшивым. Кстати, теория инфляционного расширения новорожденной Вселенной как раз исходит из того, что на этой стадии энергия ложного вакуума была чрезвычайно высока Существуют сценарии циклически пульсирующего мироздания, многократно рождающегося из сингулярностей, претерпевающего расширение и сжатие и вновь гибнущего в коллапсе – этакий вселенский маятник, качающийся из стороны в сторону, с постепенно затухающими колебаниями. В 2005 году такую модель с циклами длительностью порядка триллиона лет предложили американец Пол Стейнхардт из Принстонского университета и его британский коллега Нейл Тьюрок из Кембриджа. В их сценарии от колебания к колебанию вакуум многократно переходит на все более низкие энергетические уровни, что и служит причиной катаклизмов. Эта модель хороша тем, что может объяснить то, что не объясняют другие модели, например, что было до Большого взрыва. Но в конце концов у Вселенной, как у пружинных часов, просто "закончится завод" – плотность вакуумной энергии достигает истинного минимума, и вот тогда Вселенная коллапсирует окончательно и бесповоротно.Впрочем, ждать этого придется очень долго.
Источник: "Популярная механика"
Saturday, July 10, 2004
КАК ПРОЙТИ ИЗ ОДНОЙ ВСЕЛЕННОЙ В ДРУГУЮ
"Пункты перехода", возможно, надо искать на субъядерном уровне
Андрей Ваганов
Будьте осторожны, современная теоретическая физика может свести с ума.
Сколько измерений имеет такая странная штука, как "пространство-время"? До какого предела существует понятие "длины" в области малых промежутков? Как происходила эволюция Вселенной от Большого Взрыва до наших дней и вообще - был ли этот самый Большой Взрыв? Какова роль элементарных частиц в космологии и что следует из того недавно экспериментально установленного факта, что реликтовое излучение, оказывается, отнюдь не равномерно пронизывает нашу Вселенную?
Кто-то назовет попытку ответить на эти вопросы теоретической заумью современной физики. Да чего уж там, сам Альберт Эйнштейн, немало поспособствовавший изменению классических представлений о пространственно-временном континууме, как-то заметил: "Нормальный взрослый человек никогда не размышляет о пространстве и времени". В таком случае нормальных взрослых ученых, собравшихся в Институте физики высоких энергий (Протвино) на международную конференцию "Структура пространства-времени на субъядерном и космологическом масштабах", всех можно было назвать "ненормальными". По крайней мере для этих людей перечисленные выше вопросы стали, пожалуй, частью их обыденного сознания. Недаром в беседе с корреспондентом "НГ" заместитель заведующего Теоретического отдела ИФВЭ, доктор физико-математических наук Владимир Петров подчеркнул: "Идея этой конференции - проблемы, связанные со структурой пространства-времени. Что это такое, если говорить в "нормальных" терминах? Это число измерений пространства-времени, возможность увидеть это новое число измерений, скажем - пятое, шестое и так далее".
Другими словами, современная теоретическая физика пытается объяснить то, что невозможно даже представить. Взять хотя бы эту историю с числом измерений пространства-времени...
Если к привычному нам евклидову пространству (длина - ширина - высота) добавить еще одно измерение - время, получим четырехмерное пространство. Ну, с этим еще как-то наш мозг может справиться. Но "пятое, шестое и так далее" измерение... А ведь, согласно некоторым физическим моделям, существует две четырехмерные вселенные, разделенные пятым измерением. Из одной в другую вселенную может что-то "улетать", скажем, гравитация. В дополнительные измерения могут улетать частицы. И не только частицы, но и вполне макроскопические объекты. Мало того, в принципе любой из нас может в любую минуту нырнуть сквозь пространство-время: вот кто-то стоит рядом с вами, но может в следующее мгновение исчезнуть и в любое же мгновение снова появиться. Удивительно, но современные физические теории этого не запрещают.
"Конечно, это очень маленькая вероятность, но она в принципе не нулевая, - подчеркивает Владимир Петров. - Изучение подобных эффектов требует большой точности и больших энергий, которые будут получены на строящемся сейчас ускорителе LHC (Большой адронный коллайдер) в Европейском центре ядерных исследований в Женеве. Но даже на работающих ускорителях, например в Америке, физики пытаются проверить, существуют ли ограничения на количество дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас наступило время, когда философия стала объектом экспериментального изучения. Двадцать лет назад тебя высмеяли бы, заведи ты разговор о визуализации пятого измерения".
Сам Владимир Алексеевич представил на конференции не менее интригующий доклад - "Некоммутативная теория пространства-времени". "Что это такое?" - интересуюсь у Петрова.
"Предположим, что мы производим измерение площади прямоугольника, - поясняет Владимир Петров. - Измерили стороны, перемножили - получили площадь. Причем измерять стороны можно в любой последовательности - площадь будет тот же самой. Но, оказывается, существуют такие наименьшие площади, ниже которых уже не все равно, в каком порядке измерять. Это и называется - некоммутативная геометрия. И все это согласуется с квантовой механикой".
Еще относительно недавно физики думали, что эти эффекты проявляются на так называемом расстоянии планковской длины, порядка 10-33 см. Но вот в теории многомерной гравитации, о которой тоже шла речь на конференции в Протвино, это расстояние может быть и меньше. Другими словами, основа основ физики, фундаментальная постоянная Планка, оказывается не такой уж и постоянной. А настоящая фундаментальная гравитационная масса - гораздо меньше. Но и она находится уже в пределах досягаемости современных ускорителей элементарных частиц, того же LHC. То есть физики-экспериментаторы готовы проверить самые фантастические модели своих коллег-теоретиков. Ученые подобрались к таким масштабам, где могут наблюдаться эти дополнительные измерения.
И действительно, масса электрона, например, 10-27 г - казалось бы, меньше не бывает. Оказывается, бывает, вернее, может быть... В Релятивистской теории гравитации (РТГ), которую активно разрабатывает академик Анатолий Логунов с коллегами, переносчик гравитационного взаимодействия - гипотетический пока - гравитон должен иметь массу... 10-67 г. Попробуйте представить себе такой объект.
Впрочем, с другим объектом, Вселенной, дело обстоит ничуть не проще. Согласно РТГ, наша Вселенная бесконечна во времени и пространстве, к тому же еще и пульсирует - нынешний цикл расширения должен завершиться, эдак лет через 1000 миллиардов. Но и это еще не все. Вселенная, в которой мы живем, - плоская.
"Это один из базисных постулатов РТГ: Вселенная плоская и бесконечная, - рассказывает Владимир Петров. - Плоская - в геометрическом, самом простом смысле. Если не брать временную координату, то это обычное евклидово пространство. Этот подход может показаться примитивным, но, что самое удивительное, все экспериментальные данные пока согласуются с представлениями о Вселенной как о плоском пространстве".
"А как же тогда быть с известным наблюдением Эддингтона, который в 1919-м экспериментально подтвердил, что лучи света отклоняются, попадая в поле тяготения Солнца? - спрашиваю у Петрова. - И объяснен этот факт был именно тем, что масса искривляет геометрию пространства, что и предсказывалось в общей теории относительности".
"Это наблюдение ничему не противоречит, - поясняет Владимир Алексеевич. - Ведь на все это можно смотреть по-разному. Например, луч света движется в плоском пространстве и под силовым действием заворачивает. Я вот иду и заворачиваю (меня, допустим, магнит притягивает). Но я же не говорю, что пространство неевклидово. В РТГ, во всем, что не касается распространения самой гравитации, дело обстоит очень похоже с общей теорией относительности. Просто существует двойственность в описании движения вещества: его можно описывать в искривленном римановом пространстве, а можно и в плоском, но под действием сил".
Выходит, прав был известный российский физик Юрий Манин, который однажды заметил: "Геометрия есть консервант скоропортящихся физических идей". Современная теоретическая физика, несмотря на всю свою "замороченность", стремится к наглядности. "Если раньше главный вопрос для физиков был, из чего состоит материя - атомы, ядро и т.д., то теперь главный вопрос: из чего состоит пространство и время? - резюмирует Владимир Петров. - Все, что раньше было безумным и фантастическим, включая машину времени, сейчас исследуется на абсолютно серьезном уровне".
Андрей Ваганов
Будьте осторожны, современная теоретическая физика может свести с ума.
Сколько измерений имеет такая странная штука, как "пространство-время"? До какого предела существует понятие "длины" в области малых промежутков? Как происходила эволюция Вселенной от Большого Взрыва до наших дней и вообще - был ли этот самый Большой Взрыв? Какова роль элементарных частиц в космологии и что следует из того недавно экспериментально установленного факта, что реликтовое излучение, оказывается, отнюдь не равномерно пронизывает нашу Вселенную?
Кто-то назовет попытку ответить на эти вопросы теоретической заумью современной физики. Да чего уж там, сам Альберт Эйнштейн, немало поспособствовавший изменению классических представлений о пространственно-временном континууме, как-то заметил: "Нормальный взрослый человек никогда не размышляет о пространстве и времени". В таком случае нормальных взрослых ученых, собравшихся в Институте физики высоких энергий (Протвино) на международную конференцию "Структура пространства-времени на субъядерном и космологическом масштабах", всех можно было назвать "ненормальными". По крайней мере для этих людей перечисленные выше вопросы стали, пожалуй, частью их обыденного сознания. Недаром в беседе с корреспондентом "НГ" заместитель заведующего Теоретического отдела ИФВЭ, доктор физико-математических наук Владимир Петров подчеркнул: "Идея этой конференции - проблемы, связанные со структурой пространства-времени. Что это такое, если говорить в "нормальных" терминах? Это число измерений пространства-времени, возможность увидеть это новое число измерений, скажем - пятое, шестое и так далее".
Другими словами, современная теоретическая физика пытается объяснить то, что невозможно даже представить. Взять хотя бы эту историю с числом измерений пространства-времени...
Если к привычному нам евклидову пространству (длина - ширина - высота) добавить еще одно измерение - время, получим четырехмерное пространство. Ну, с этим еще как-то наш мозг может справиться. Но "пятое, шестое и так далее" измерение... А ведь, согласно некоторым физическим моделям, существует две четырехмерные вселенные, разделенные пятым измерением. Из одной в другую вселенную может что-то "улетать", скажем, гравитация. В дополнительные измерения могут улетать частицы. И не только частицы, но и вполне макроскопические объекты. Мало того, в принципе любой из нас может в любую минуту нырнуть сквозь пространство-время: вот кто-то стоит рядом с вами, но может в следующее мгновение исчезнуть и в любое же мгновение снова появиться. Удивительно, но современные физические теории этого не запрещают.
"Конечно, это очень маленькая вероятность, но она в принципе не нулевая, - подчеркивает Владимир Петров. - Изучение подобных эффектов требует большой точности и больших энергий, которые будут получены на строящемся сейчас ускорителе LHC (Большой адронный коллайдер) в Европейском центре ядерных исследований в Женеве. Но даже на работающих ускорителях, например в Америке, физики пытаются проверить, существуют ли ограничения на количество дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас наступило время, когда философия стала объектом экспериментального изучения. Двадцать лет назад тебя высмеяли бы, заведи ты разговор о визуализации пятого измерения".
Сам Владимир Алексеевич представил на конференции не менее интригующий доклад - "Некоммутативная теория пространства-времени". "Что это такое?" - интересуюсь у Петрова.
"Предположим, что мы производим измерение площади прямоугольника, - поясняет Владимир Петров. - Измерили стороны, перемножили - получили площадь. Причем измерять стороны можно в любой последовательности - площадь будет тот же самой. Но, оказывается, существуют такие наименьшие площади, ниже которых уже не все равно, в каком порядке измерять. Это и называется - некоммутативная геометрия. И все это согласуется с квантовой механикой".
Еще относительно недавно физики думали, что эти эффекты проявляются на так называемом расстоянии планковской длины, порядка 10-33 см. Но вот в теории многомерной гравитации, о которой тоже шла речь на конференции в Протвино, это расстояние может быть и меньше. Другими словами, основа основ физики, фундаментальная постоянная Планка, оказывается не такой уж и постоянной. А настоящая фундаментальная гравитационная масса - гораздо меньше. Но и она находится уже в пределах досягаемости современных ускорителей элементарных частиц, того же LHC. То есть физики-экспериментаторы готовы проверить самые фантастические модели своих коллег-теоретиков. Ученые подобрались к таким масштабам, где могут наблюдаться эти дополнительные измерения.
И действительно, масса электрона, например, 10-27 г - казалось бы, меньше не бывает. Оказывается, бывает, вернее, может быть... В Релятивистской теории гравитации (РТГ), которую активно разрабатывает академик Анатолий Логунов с коллегами, переносчик гравитационного взаимодействия - гипотетический пока - гравитон должен иметь массу... 10-67 г. Попробуйте представить себе такой объект.
Впрочем, с другим объектом, Вселенной, дело обстоит ничуть не проще. Согласно РТГ, наша Вселенная бесконечна во времени и пространстве, к тому же еще и пульсирует - нынешний цикл расширения должен завершиться, эдак лет через 1000 миллиардов. Но и это еще не все. Вселенная, в которой мы живем, - плоская.
"Это один из базисных постулатов РТГ: Вселенная плоская и бесконечная, - рассказывает Владимир Петров. - Плоская - в геометрическом, самом простом смысле. Если не брать временную координату, то это обычное евклидово пространство. Этот подход может показаться примитивным, но, что самое удивительное, все экспериментальные данные пока согласуются с представлениями о Вселенной как о плоском пространстве".
"А как же тогда быть с известным наблюдением Эддингтона, который в 1919-м экспериментально подтвердил, что лучи света отклоняются, попадая в поле тяготения Солнца? - спрашиваю у Петрова. - И объяснен этот факт был именно тем, что масса искривляет геометрию пространства, что и предсказывалось в общей теории относительности".
"Это наблюдение ничему не противоречит, - поясняет Владимир Алексеевич. - Ведь на все это можно смотреть по-разному. Например, луч света движется в плоском пространстве и под силовым действием заворачивает. Я вот иду и заворачиваю (меня, допустим, магнит притягивает). Но я же не говорю, что пространство неевклидово. В РТГ, во всем, что не касается распространения самой гравитации, дело обстоит очень похоже с общей теорией относительности. Просто существует двойственность в описании движения вещества: его можно описывать в искривленном римановом пространстве, а можно и в плоском, но под действием сил".
Выходит, прав был известный российский физик Юрий Манин, который однажды заметил: "Геометрия есть консервант скоропортящихся физических идей". Современная теоретическая физика, несмотря на всю свою "замороченность", стремится к наглядности. "Если раньше главный вопрос для физиков был, из чего состоит материя - атомы, ядро и т.д., то теперь главный вопрос: из чего состоит пространство и время? - резюмирует Владимир Петров. - Все, что раньше было безумным и фантастическим, включая машину времени, сейчас исследуется на абсолютно серьезном уровне".
ВСЕЛЕННОЙ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ
Общепринятая теория Вселенной логически ошибочна. Чтобы устройство космоса стало таким, каким мы его себе представляем, потребовалось бы чудо, утверждают ученые. Все более стремительно расширяющаяся Вселенная обречена повторить себя, считает Леонард Сусскинд из Стэнфорда и его коллеги. Но вероятность того, что в этом повторе возникнут миры, такие же, как наш, бесконечно мала. Поэтому либо космос не ускоряется по тем причинам, по которым, как мы считаем, он делает это, либо нам еще предстоит узнать фундаментальные законы физики, предопределившие начальное состояние, которое привело к возникновению нашей Вселенной, а затем управлявшие эволюцией космоса, чтобы она развернулась именно таким образом, как это произошло. Расширяющаяся вселенная обречена повторить саму себя
Непостижимость нынешней ситуации даже заставила группу Сусскинда задаться вопросом о том, не “вмешалось ли в эволюцию некое действующее лицо, руководствуясь своими собственными мотивами”. Но даже Бог, каким мы его себе представляем, не объясняет столь странное положение вещей.
Проблема произрастает из сделанного в 1998 году наблюдения, что Вселенная расширяется с ускорением. Самое распространенное объяснение этому состоит в существовании космологической константы – силы отталкивания, противостоящей гравитации. Если состояние дел не изменится, то другие галактики в конце концов пропадут из виду, когда начнут удаляться друг от друга со скоростью выше скорости света. И тогда ничто, происходящее в других частях космоса, нас не коснется. Наш мир – и все остальное – будет изолировано за так называемым горизонтом де Ситтера. Из этого вытекает, что Вселенная распадется на множество “пузырьков”, разделенных горизонтом де Ситтера. А каждый пузырь, в конце концов, превратится в мягкую безжизненную однородность И это будет концом истории.
Или нет? Термодинамика утверждает другое - напоминает Сусскинд и его коллеги. Если ждать достаточно долго, то произойдет все, что может произойти. То есть Вселенная, ведомая космологической константой к превращению в пространство де Ситтера, после чрезвычайно длительного ожидания возвратится в некое подобие своего изначального состояния. Затем начнет разворачиваться новая космическая история, включая новое появление жизни. Но вероятность того, что тогда возникнет Вселенная вроде нашей, чрезвычайно малы.
На такие возражения космологи имеют контраргумент, называемый антропным принципом. Согласно этому принципу, не важно, сколь маловероятной кажется Вселенная, сам факт того, что мы способны задавать эти вопросы, снимает все сомнения. Если бы все было иначе, жизнь бы не существовала и этот вопрос не встал бы.
Но Сусскинд показал, что даже антропный принцип – не ответ, потому что большое число других вселенных может содержать жизнь и при этом серьезно отличаться от нашей. Все эти обитаемые вселенные могли быть результатом “сверхъестественных” статистических случаев, но их слишком много, чтобы объяснять все случайностью. Даже если что-нибудь предопределило особые начальные условия нашей Вселенной, это могло сработать только один раз. А в другие разы может возникнуть совсем другая Вселенная.
В этом случае мы приходим к выводу, что мы живем в первом развертывании умело управляемой Вселенной. А это уже слишком напоминает обнаружение некоего нового, до сих пор неизвестного ученым факта, считают исследователи. Так что либо не существует космологической константы – но в таком случае непонятно, почему ускоряется Вселенная – либо мы не знаем о ней что-нибудь основополагающее.
Непостижимость нынешней ситуации даже заставила группу Сусскинда задаться вопросом о том, не “вмешалось ли в эволюцию некое действующее лицо, руководствуясь своими собственными мотивами”. Но даже Бог, каким мы его себе представляем, не объясняет столь странное положение вещей.
Проблема произрастает из сделанного в 1998 году наблюдения, что Вселенная расширяется с ускорением. Самое распространенное объяснение этому состоит в существовании космологической константы – силы отталкивания, противостоящей гравитации. Если состояние дел не изменится, то другие галактики в конце концов пропадут из виду, когда начнут удаляться друг от друга со скоростью выше скорости света. И тогда ничто, происходящее в других частях космоса, нас не коснется. Наш мир – и все остальное – будет изолировано за так называемым горизонтом де Ситтера. Из этого вытекает, что Вселенная распадется на множество “пузырьков”, разделенных горизонтом де Ситтера. А каждый пузырь, в конце концов, превратится в мягкую безжизненную однородность И это будет концом истории.
Или нет? Термодинамика утверждает другое - напоминает Сусскинд и его коллеги. Если ждать достаточно долго, то произойдет все, что может произойти. То есть Вселенная, ведомая космологической константой к превращению в пространство де Ситтера, после чрезвычайно длительного ожидания возвратится в некое подобие своего изначального состояния. Затем начнет разворачиваться новая космическая история, включая новое появление жизни. Но вероятность того, что тогда возникнет Вселенная вроде нашей, чрезвычайно малы.
На такие возражения космологи имеют контраргумент, называемый антропным принципом. Согласно этому принципу, не важно, сколь маловероятной кажется Вселенная, сам факт того, что мы способны задавать эти вопросы, снимает все сомнения. Если бы все было иначе, жизнь бы не существовала и этот вопрос не встал бы.
Но Сусскинд показал, что даже антропный принцип – не ответ, потому что большое число других вселенных может содержать жизнь и при этом серьезно отличаться от нашей. Все эти обитаемые вселенные могли быть результатом “сверхъестественных” статистических случаев, но их слишком много, чтобы объяснять все случайностью. Даже если что-нибудь предопределило особые начальные условия нашей Вселенной, это могло сработать только один раз. А в другие разы может возникнуть совсем другая Вселенная.
В этом случае мы приходим к выводу, что мы живем в первом развертывании умело управляемой Вселенной. А это уже слишком напоминает обнаружение некоего нового, до сих пор неизвестного ученым факта, считают исследователи. Так что либо не существует космологической константы – но в таком случае непонятно, почему ускоряется Вселенная – либо мы не знаем о ней что-нибудь основополагающее.
Германия: Вселенная - это... рог?
Может ли форма Вселенной напоминать... рог? Хотя это и звучит, скажем так, не слишком правдоподобно, но по словам Франка Стайнера из Университета Ульма (Германия), недавние измерения показывают, что Космос вытянут в длинную воронку: узкая с одного конца труба расширяется к другому. Это означает, что пространство конечно.
Признание справедливости этой, на первый взгляд, парадоксальной модели способно объяснить два загадочных астрономических наблюдения. Первое – это распределение горячих и холодных пятен реликтового излучения, показывающего, как выглядела Вселенная через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. Оно подробно представлено на карте, составленной в 2003 году собранные спутником Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - там видно, что оно затухает в больших масштабах, и нет явных горячих или холодных пятен диаметром более 60 градусов. Стайнер и его коллеги полагают, что в конечной рогообразной Вселенной просто нет места для таких больших пятен. Предполагаемый ими объем Вселенной - около 1032 кубических световых лет. Тогда, когда возникло реликтовое излучение, она была лишь ничтожной частью от этого размера, слишком маленькой для больших флуктуаций.
В этой модели, технически называющейся топологией Пикарда, Вселенная изгибается странным образом. Один конец бесконечно длинный, но настолько узкий, что имеет конечный объем. На другом конце рог расширяется – но не до бесконечности: если бы вы смогли подлететь к широкому концу Вселенной в космическом корабле, в некоторый момент времени вы бы заметили, что вы уже направляетесь к другому концу воронки.
Воронкообразные модели Вселенной были предложены еще в 1990-е годы, чтобы объяснить аналогичную аномалию, замеченную спутником COBE, но группа Стайнера впервые показала, что эта идея объясняет и данные, собранные Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Есть у этой идеи и еще одно преимущество. В плоском пространстве привычной космологии мельчайшие пятна реликтового излучения должны быть круглыми. Но данные наблюдений показывают, что это не так. По словам Стайнера, они выглядят скорее как маленькие эллипсы. Изгиб воронкообразной Вселенной как раз и может объяснять эту особенность. Выгнутая Вселенная может быть искажающей линзой, разрушающей изображение круглых реликтовых скоплений таким образом, что нам они кажутся эллиптическими. Математики могут сконструировать бесконечное множество выгнутых пространств, большинство из которых будут иметь форму одного или нескольких рогов. И многие из них подойдут для объяснения этих данных. Но топология Пикарда, пожалуй, самая простая.
Эта модель способна заставить ученых отказаться от космологического принципа, т.е. представления о том, что все части космоса примерно одинаковы. "Если кто-нибудь найдет путь в узкую часть рога, все будет казаться ему очень странным, с двумя очень маленькими измерениями", - пояснили авторы идеи. На определенном этапе человек даже сможет разглядеть свой собственный затылок. Однако по-видимому, мы живем слишком далеко от узкого конца, чтобы разглядеть его в телескоп.
Признание справедливости этой, на первый взгляд, парадоксальной модели способно объяснить два загадочных астрономических наблюдения. Первое – это распределение горячих и холодных пятен реликтового излучения, показывающего, как выглядела Вселенная через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. Оно подробно представлено на карте, составленной в 2003 году собранные спутником Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - там видно, что оно затухает в больших масштабах, и нет явных горячих или холодных пятен диаметром более 60 градусов. Стайнер и его коллеги полагают, что в конечной рогообразной Вселенной просто нет места для таких больших пятен. Предполагаемый ими объем Вселенной - около 1032 кубических световых лет. Тогда, когда возникло реликтовое излучение, она была лишь ничтожной частью от этого размера, слишком маленькой для больших флуктуаций.
В этой модели, технически называющейся топологией Пикарда, Вселенная изгибается странным образом. Один конец бесконечно длинный, но настолько узкий, что имеет конечный объем. На другом конце рог расширяется – но не до бесконечности: если бы вы смогли подлететь к широкому концу Вселенной в космическом корабле, в некоторый момент времени вы бы заметили, что вы уже направляетесь к другому концу воронки.
Воронкообразные модели Вселенной были предложены еще в 1990-е годы, чтобы объяснить аналогичную аномалию, замеченную спутником COBE, но группа Стайнера впервые показала, что эта идея объясняет и данные, собранные Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Есть у этой идеи и еще одно преимущество. В плоском пространстве привычной космологии мельчайшие пятна реликтового излучения должны быть круглыми. Но данные наблюдений показывают, что это не так. По словам Стайнера, они выглядят скорее как маленькие эллипсы. Изгиб воронкообразной Вселенной как раз и может объяснять эту особенность. Выгнутая Вселенная может быть искажающей линзой, разрушающей изображение круглых реликтовых скоплений таким образом, что нам они кажутся эллиптическими. Математики могут сконструировать бесконечное множество выгнутых пространств, большинство из которых будут иметь форму одного или нескольких рогов. И многие из них подойдут для объяснения этих данных. Но топология Пикарда, пожалуй, самая простая.
Эта модель способна заставить ученых отказаться от космологического принципа, т.е. представления о том, что все части космоса примерно одинаковы. "Если кто-нибудь найдет путь в узкую часть рога, все будет казаться ему очень странным, с двумя очень маленькими измерениями", - пояснили авторы идеи. На определенном этапе человек даже сможет разглядеть свой собственный затылок. Однако по-видимому, мы живем слишком далеко от узкого конца, чтобы разглядеть его в телескоп.
США: новая теория. Вселенная создана разумным существом
Каждую ночь тысячи, а может, и миллионы людей поднимают глаза к небу и задаются двумя основополагающими вопросами: одни ли мы здесь и почему мы здесь... Юрист и любитель естествознания из Портланда (США) полагает, что Вселенная не только полна жизни, но часть ее может быть разумной, причем настолько, что наш разум даже не может себе представить. Он также утверждает, что как разумные существа, все мы исполняем наше конечное предназначение: дать жизнь другой Вселенной.
"Разумная жизнь, по сути, является репродуктивным органом космоса", - утверждает Джеймс Гарднер, юрист и по совместительству ученый. Свою теорию эгоистического биокосма он разработал с учетом достижений физики, биологии, биохимии, астрономии и космологии. Отдельные части своей теории Гарднер уже опубликовал в нескольких крупных научных журналах, недавно он изложил ее полностью в новой книге "Биокосм: новая научная теория эволюции" с подзаголовком "Разумная жизнь как архитектор Вселенной".
Хотя Гарднер допускает, что его теория умозрительна и спекулятивна в буквальном и переносном смысле, она достаточно надежно опирается на серьезные исследования, чтобы, по крайней мере, заинтересовать ученых.
Теория эгоистического биокосма начинается с допущения о том, что Вселенная дружественна жизни. Это не враждебное пространство, где тут и там встречаются черные дыры, необитаемые планеты и пустота, которые каким-то образом, случайно, позволили разумной жизни возникнуть на Земле, считает Гарднер. Среди его доказательств дружественной для жизни природы Вселенной - утверждение о том, что Большой Взрыв был именно той силы, чтобы дать Вселенной возможность расширяться с определенной скоростью, идеально подходящей для развития жизни. Если бы Большой Взрыв был большей силы, космос к настоящему времени был бы уже пустым. Если бы сила была меньшей, считает Гарднер, Вселенная бы сжалась. Другой признак дружественной жизни природы Вселенной - легкость, с которой образуется углерод (основа жизни). Кроме того, трехмерная структура Вселенной позволяет жизни существовать такой, какой мы ее знаем.
"Взятые вместе, эти обстоятельства делают Вселенную необычно подходящей для существования жизни и интеллекта", - утверждает исследователь в предисловии к своей книге. - "Это очень привлекательное объяснение того факта, что Вселенная настроена на развитие жизни".
Гарднер полагает, что, в конце концов, жизнь и интеллект в своем развитии дойдут до такой точки, когда смогут выяснить, как создать или дать жизнь другой вселенной, точно также как, считает он, ранее существовавшая вселенная дала начало нашей. Гарднер утверждает, что наша Вселенная, как потомок предыдущей, несет в себе некий космический эквивалент ДНК, обеспечивающий инструкции по развитию и своего рода набросок для создания потомства - следующей Вселенной.
Что же касается первоистоков нашего мира, в этом вопросе теория Гарднера становится еще более спекулятивной. Он постулирует закрытый времяподобный изгиб, в котором вселенная порождает сама себя. Но у него есть и другие объяснения.
Сейчас Гарднеру необходимо найти основания своей теории не только в рассуждениях, но и в науке. Он полагает, что следствием дружественной жизни природы Вселенной должны являться встречи людей с инопланетной жизнью и разумом при исследовании космоса. Подобные встречи по его словам должны подтвердить теорию эгоистического биокосма.
Другие предлагаемые исследователем испытания - обнаружение эволюции в сторону разума у неприматов, эволюция искусственной жизни в сторону "сознающих артефактов" и появление трансгуманного интеллекта - возникновение более высоких уровней интеллекта на Земле, таких как сообщество людей и машин, более разумное, чем люди в отдельности.
"Разумная жизнь, по сути, является репродуктивным органом космоса", - утверждает Джеймс Гарднер, юрист и по совместительству ученый. Свою теорию эгоистического биокосма он разработал с учетом достижений физики, биологии, биохимии, астрономии и космологии. Отдельные части своей теории Гарднер уже опубликовал в нескольких крупных научных журналах, недавно он изложил ее полностью в новой книге "Биокосм: новая научная теория эволюции" с подзаголовком "Разумная жизнь как архитектор Вселенной".
Хотя Гарднер допускает, что его теория умозрительна и спекулятивна в буквальном и переносном смысле, она достаточно надежно опирается на серьезные исследования, чтобы, по крайней мере, заинтересовать ученых.
Теория эгоистического биокосма начинается с допущения о том, что Вселенная дружественна жизни. Это не враждебное пространство, где тут и там встречаются черные дыры, необитаемые планеты и пустота, которые каким-то образом, случайно, позволили разумной жизни возникнуть на Земле, считает Гарднер. Среди его доказательств дружественной для жизни природы Вселенной - утверждение о том, что Большой Взрыв был именно той силы, чтобы дать Вселенной возможность расширяться с определенной скоростью, идеально подходящей для развития жизни. Если бы Большой Взрыв был большей силы, космос к настоящему времени был бы уже пустым. Если бы сила была меньшей, считает Гарднер, Вселенная бы сжалась. Другой признак дружественной жизни природы Вселенной - легкость, с которой образуется углерод (основа жизни). Кроме того, трехмерная структура Вселенной позволяет жизни существовать такой, какой мы ее знаем.
"Взятые вместе, эти обстоятельства делают Вселенную необычно подходящей для существования жизни и интеллекта", - утверждает исследователь в предисловии к своей книге. - "Это очень привлекательное объяснение того факта, что Вселенная настроена на развитие жизни".
Гарднер полагает, что, в конце концов, жизнь и интеллект в своем развитии дойдут до такой точки, когда смогут выяснить, как создать или дать жизнь другой вселенной, точно также как, считает он, ранее существовавшая вселенная дала начало нашей. Гарднер утверждает, что наша Вселенная, как потомок предыдущей, несет в себе некий космический эквивалент ДНК, обеспечивающий инструкции по развитию и своего рода набросок для создания потомства - следующей Вселенной.
Что же касается первоистоков нашего мира, в этом вопросе теория Гарднера становится еще более спекулятивной. Он постулирует закрытый времяподобный изгиб, в котором вселенная порождает сама себя. Но у него есть и другие объяснения.
Сейчас Гарднеру необходимо найти основания своей теории не только в рассуждениях, но и в науке. Он полагает, что следствием дружественной жизни природы Вселенной должны являться встречи людей с инопланетной жизнью и разумом при исследовании космоса. Подобные встречи по его словам должны подтвердить теорию эгоистического биокосма.
Другие предлагаемые исследователем испытания - обнаружение эволюции в сторону разума у неприматов, эволюция искусственной жизни в сторону "сознающих артефактов" и появление трансгуманного интеллекта - возникновение более высоких уровней интеллекта на Земле, таких как сообщество людей и машин, более разумное, чем люди в отдельности.
Subscribe to:
Posts (Atom)
Posts
