Trista. Теории о Вселенной, от которых голова идёт кругом

Вы наверняка слышали о Большом взрыве — наиболее распространённой теории происхождения Вселенной. Согласно этой теории, изначальная Вселенная была меньше атома и состояла из таких плотных и богатых энергией частиц, что в какой-то момент это «пятнышко» больше не могло сдерживать само себя.

Оно взорвалось с такой силой, что энергия вырвалась наружу быстрее скорости света и Вселенная начала стремительно расширяться. Скорость расширения замедлилась, и энергия превратилась в материю, которая сформировала звёзды, планеты и галактики, населяющие Вселенную сегодня.

Звучит странно, не так ли? Это одна из десятков теорий о Вселенной, которые расширяют границы науки и воображения. Некоторые из этих теорий могут заставить вас усомниться во всём, что, как вам казалось, вы знали о природе реальности — в этом-то и суть. Вселенная странная. Продолжайте читать, чтобы узнать о теориях о Вселенной, которые заставят вас задуматься.

Теория струн переворачивает с ног на голову всё, что вы знали о физике

На уроках физики в средней школе вы, вероятно, узнали о различных частицах, из которых состоят атомы: электронах, протонах и нейтронах. Внутри них находятся ещё более мелкие частицы — кварки.

Теория струн (кратко).

Вы также узнали о других силах, таких как электромагнетизм (то, что заставляет магниты притягиваться, а электрический ток — течь). Не забывайте о гравитации и сильном ядерном взаимодействии (то, что заставляет протоны притягиваться друг к другу, несмотря на их положительное отталкивание).

А как насчёт слабого ядерного взаимодействия (которое вызывает ядерный распад)? Если вы изучали физику в старших классах, то, возможно, знаете, что гравитация заключена в частице, известной как гравитон, подобно тому, как свет заключён в фотоне. Также существуют нейтрино — крошечные частицы, похожие на электроны, но не имеющие электрического заряда.

Физические процессы и теория струн

Все эти частицы и взаимодействия составляют Стандартную модель физики. Мы предполагаем, что материя состоит из частиц, которые предсказуемо взаимодействуют друг с другом в соответствии с математическими формулами. Проблема в том, что математика не объясняет устройство Вселенной и, в частности, гравитацию.

Однако математика объясняет, что эти частицы можно заменить очень, очень маленькими струнами. Эти струны вибрируют по-разному, и эти вибрации определяют, какой частицей или взаимодействием они кажутся. Представьте, что это струны скрипки, и от того, как скрипач по ним ударяет, зависит, какую ноту он сыграет. Частицы и силы, которые объясняет Стандартная модель, — это музыкальные ноты, извлекаемые из вибрирующих струн.

Теории о Вселенной звучат довольно просто, но на самом деле это не так

Теория струн возникла в результате попыток перейти от Стандартной модели к так называемой Теории всего. Теория всего объясняла бы всё во Вселенной. Желательно, чтобы она была элегантно простой и позволяла учёным точно понимать каждое явление.

Концепция облака слов в теории струн.

Они могли бы делать точные прогнозы относительно того, чего они не понимают, например, чёрных дыр и самой природы Вселенной. Природа может быть элегантной, но редко бывает простой. Преобразование этих субатомных частиц и сил в струны решило некоторые математические проблемы, связанные с этими надоедливыми гравитонами в Стандартной модели.

Однако последующая математика оказалась невероятно сложной. Если вы думали, что тригонометрия на уровне колледжа — это сложно, то вы ещё ничего не видели. Чтобы вы понимали, насколько странной и сложной стала математика, для работы Теории струн требовалось как минимум десять различных измерений.

Теория струн переворачивает стандартное описание Вселенной с ног на голову, заменяя все частицы материи и сил всего одним элементом: крошечными вибрирующими струнами, которые сложным образом скручиваются и изгибаются, и с нашей точки зрения выглядят как частицы.

Вы помните, что такое размеры, ещё с третьего класса, или, может быть, само понятие настолько простое, что вы воспринимаете его как нечто само собой разумеющееся. Размеры — это то, как вы что-то измеряете: длину, ширину и высоту.

У линии одно измерение, потому что всё, что у неё есть, — это длина. У квадрата две поверхности, потому что к длине добавляется ширина. Более того, у куба три измерения. Обычно мы также измеряем вещи во времени — это четвёртое измерение. Мы воспринимаем реальность в четырёх измерениях. Так как же их может быть десять?

Согласно Теории струн, множество вселенных формируются как плоские слои.

Некоторые версии теории струн предполагают существование десятков измерений, хотя большинство из них настолько малы, что мы никогда не сможем их увидеть. Математика становится всё более странной.

В конечном счёте теория предполагает, что Вселенная — это парящая мембрана, и она всего лишь одна из множества вселенных, составляющих мульти-Вселенную. Сама мембрана имеет измерения, которые невозможно постичь.

Возможно, наша Вселенная возникла в результате столкновения двух мембран

Надеюсь, вы не слишком растеряны, чтобы продолжить знакомство с ещё более странными теориями о Вселенной.

Абстрактные разноцветные частицы конфетти.

Итак, возвращаясь к Большому взрыву, одна из идей, предложенных сторонниками теории струн, заключается в том, что первичный бульон состоял не из частиц, а из множества плотно скрученных струн. Их сдерживаемая энергия высвободилась подобно тому, как высвобождается энергия пружины при достаточном давлении.

Эта идея заменяет частицы струнами, так что основная идея Большого взрыва остаётся прежней. Некоторые идеи гораздо более странные.

Концепция астрофизики теории струн — искривление пространственно-временного континуума и воронка чёрной дыры.

Одна из идей, выдвинутых Теорией струн, заключается в том, что вокруг нас плавает множество мембранных Вселенных, которые постоянно сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений выделяется огромное количество энергии и излучения, достаточное для создания совершенно новых мембранных Вселенных. Эта идея известна как экпиротическая Вселенная, и она настолько ошеломляет, что мы вообще не можем доверять своим чувствам.

Проблема теории струн в том, что это не теория

Слово «теория», написанное на деревянной доске.

Вы когда-нибудь участвовали в научной ярмарке? Если да, то, возможно, вы помните, что вам нужно было провести предварительное исследование. Затем сформулируйте вопрос, на который, по вашему мнению, можно ответить с помощью исследования. Далее сформулируйте гипотезу о том, каким, по вашему мнению, будет результат эксперимента.

Наконец, проведите эксперимент. Кроме того, если ваш эксперимент достаточно интересен, а стендовый доклад привлекателен, вы можете выиграть приз и продолжить участвовать в научных ярмарках более высокого уровня. Теория струн никогда не выдвигала проверяемых гипотез, и не было проведено ни одного эксперимента, который мог бы её подтвердить или опровергнуть.

Сюрреалистичный сине-красный фантастический пейзаж, состоящий из светящихся шаров и спиралевидных форм.

Почему? Потому что сами струны настолько малы, что учёные не могут даже надеяться их измерить. Если бы вся Солнечная система состояла из одного атома, то одна из струн была бы размером с нить накаливания. Даже если струны существуют, учёные могут быть не в состоянии их обнаружить.

Теория — это объяснение реальности, которое было подтверждено с помощью проверяемых гипотез и экспериментов. Теория струн — это не теория. Это не более чем набор математических формул, которые пытаются объяснить некоторые аспекты Вселенной. Многие учёные отошли от Теории струн, чтобы создать что-то, что можно было бы проверить и доказать. Модели Вселенной, которые создают эти учёные, ещё более странные, чем Теория струн.

Настоящая загадка теоретической физики — чёрные дыры

Когда Альберт Эйнштейн в начале XX века создавал свою Теорию относительности, он предположил существование огромных гравитационных колодцев, настолько плотных, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Эти гравитационные колодцы теперь известны как чёрные дыры, и из гипотезы они превратились в факт, потому что учёные их увидели.

Вселенная, наполненная звёздами и чёрными дырами

Они возникают, когда умирающие звёзды сжимаются, и вся масса звезды сосредотачивается в крошечной точке. Эти точки настолько плотные и содержат так много материи в таком маленьком пространстве, что обладают бесконечной гравитацией, которая превращает их в космические пылесосы. Когда что-то приближается слишком близко, чёрная дыра засасывает это, и больше этого никто не видит.

Восковая фигура знаменитого учёного Альберта Эйнштейна.

Хотя чёрные дыры подчиняются законам физики — настолько хорошо, что Эйнштейн предсказал их существование, — они также нарушают эти законы. Чёрные дыры обладают такой гравитацией, что заставляют время остановиться. Более того, они абсолютно не взаимодействуют со Вселенной, которая существует за пределами их горизонта событий (границы, внутри которой чёрная дыра может поглощать материю и свет).

Чёрные дыры — своего рода главные стражи галактики. Одна из идей, которую в целом принимают многие физики–теоретики, заключается в том, что по мере распада Вселенной и выгорания звезд – многие из них схлопываются в черные дыры — большая часть информации, которая когда-то содержалась в нашей вселенной, будет находиться внутри черных дыр. В этом смысле они похожи на библиотеки. Однако все страницы были вырваны из книг, и информация полностью перепутана.

Но что, если у чёрных дыр есть двойники?

Чёрные дыры относятся к классу объектов, известных как сингулярности. Сингулярность — это шар из материи, который настолько плотный, что заставляет пространство и время искривляться вокруг него, тем самым останавливая время и в некотором смысле становясь отдельной вселенной.

Звёзды и другие объекты падают в чёрную дыру.

Один из вопросов заключается в том, что происходит с частицами, которые попадают в чёрную дыру. Исчезают ли они полностью? Кроме того, как материя может просто исчезнуть? Эта идея противоречит основным законам физики, согласно которым материя и энергия могут преобразовываться, но не уничтожаться.

Возможно, у чёрных дыр есть двойники, так называемые белые дыры, через которые в конечном счёте высвобождается поглощённая ими информация. Стивен Хокинг обнаружил, что чёрные дыры испускают небольшое количество излучения, тем самым постепенно высвобождая часть поглощённой ими ранее информации.

Стивен Уильям Хокинг (1942 — 2018), британский физик-теоретик, космолог, астрофизик

Представьте, что чёрная дыра — это библиотека, из которой вырваны все страницы; это излучение — одна страница за раз, возвращаемая во Вселенную. Информация, высвобождаемая чёрными дырами, — это то, что обычно называют белой дырой.

Некоторые учёные предполагают, что белые дыры тоже могут существовать в виде сингулярностей, но без гравитационных чудовищных свойств чёрных дыр. Однако они, возможно, содержат всю информацию, которая когда-то была внутри чёрной дыры. Но она заключена в частице размером с человеческий волос.

Что, если сама Вселенная — это белая дыра?

Камни и обломки, летящие в космосе после мощного взрыва.

А что насчёт белых дыр? Абсолютная белая дыра — это сингулярность, которая, по мнению учёных, существовала до Большого взрыва.

Белые дыры — это теоретические космические объекты, которые функционируют противоположным образом по сравнению с чёрными дырами

Этот сценарий с белой дырой отвечает на вопрос о том, откуда вообще взялись материя и энергия, вызвавшие Большой взрыв: они пришли из чёрной дыры в предыдущей Вселенной. Эта идея может показаться надуманной, но она одна из нескольких, предполагающих, что вместо Большого взрыва был Большой отскок.

3D-иллюстрация создания планет Солнечной системы.

Теория Большого отскока предполагает, что Вселенная — это не единичное явление, возникшее случайным образом, а скорее потомок родительской Вселенной. Наша Вселенная будет продолжать расширяться и существовать до тех пор, пока однажды не начнёт сжиматься, а затем отскочит в другую Вселенную. Таким образом, идея о том, что наша Вселенная возникла из ничего, уступает идее о том, что она родилась, растёт и однажды у неё появятся собственные дети.

Таким образом, теория Большого взрыва описывает лишь часть истории

Метафора, состоящая из фрактальных элементов, света и текстур.

Что ещё мы знаем о Вселенной, что может поразить ваше воображение? Теория Большого взрыва гласит, что наша Вселенная возникла в результате интенсивного выброса частиц и энергии. Эта модель не может объяснить, как произошёл этот выброс и откуда взялась энергия.

Учёные самых разных взглядов приходят к выводу, что эта энергия, скорее всего, пришла из другой Вселенной. Таким образом, наша Вселенная — лишь одна из множества, возможно, бесконечных Вселенных, которые постоянно генерируют энергию для создания новых Вселенных.

Путешествие в Космос

Возможно, прямо сейчас в нашей Вселенной зарождаются новые вселенные. Однако мы не можем понять эти другие вселенные и, возможно, никогда не сможем их наблюдать. Тем не менее наличие других вселенных, скорее всего, объясняет существование нашей. Если вам нравятся фильмы о супергероях, такие как «Супермен» и «Человек-паук», то вы, вероятно, уже знаете о мульти-Вселенных. Но можете ли вы поверить в то, что за ними стоит настоящая наука?

Наличие других вселенных может объяснить существование тёмной материи

Что такое тёмная материя? Если вспомнить Исаака Ньютона и фундаментальные законы гравитации, то можно сказать, что сила гравитации пропорциональна массе объекта. Объекты с большой массой — например, Земля — обладают большей силой гравитации, чем объекты с меньшей массой — например, яблоко.

Концепция чёрной дыры или тёмной материи.

Сила гравитации Земли достаточно велика, чтобы удерживать Луну на орбите. Точно так же вы можете никогда не заметить гравитацию, окружающую грейпфрут. Исходя из этого, можно предположить, что части галактик с меньшей массой должны обладать меньшей силой гравитации. В центре галактик гораздо больше массы, чем по краям.

Следовательно, согласно законам гравитации, можно ожидать, что центр галактики вращается гораздо быстрее, чем её края. Проблема в том, что наблюдения не соответствуют прогнозам. Галактики вращаются равномерно, и их внешние края движутся так же быстро, как и центр.

Туманность «Душа» в созвездии Кассиопеи.

Учёные не могут обнаружить с помощью видимого света то, что заставляет внешние края галактик обладать такой же гравитацией, как и более плотные их центры. Это загадочное нечто учёные называют тёмной материей, потому что мы не можем её увидеть и не понимаем её.

Некоторые учёные считают, что однажды мы обнаружим тёмную материю; она существует, просто её не видно. Другие учёные предполагают, что тёмная материя может быть гравитацией из других вселенных, воздействующей на нашу.

Существуют различные версии этой идеи, известные под общим названием MOND, или модифицированная ньютоновская динамика. Возможно, гравитация вовсе не является слабой силой, какой она кажется в нашей Вселенной, а настолько сильна, что приходит к нам из совершенно другой Вселенной.

Млечный Путь и розовый свет в горах.

Таким образом, Вселенная может не подчиняться собственным законам

Если говорить о законах, регулирующих жизнь в стране, то в основе этих законов лежит принцип суверенитета. Другими словами, страна сама устанавливает свои правила и не подчиняется законам других стран. Тем не менее концепция суверенитета имеет ограничения, поскольку страны взаимодействуют друг с другом, и законодатели должны учитывать эти отношения.

Например, существуют законы о въезде в страну и выезде из неё, а также о том, что можно ввозить в страну. Некоторые законы регулируют договоры, заключённые с другими странами, и это помогает обеспечить соблюдение этих договоров.

3D-иллюстрация Земли в Космосе с тремя звёздами.

Другими словами, хотя в странах действуют свои правила, они также должны учитывать влияние законов других стран. Поскольку наша Вселенная, скорее всего, окружена другими странами (вселенными), она управляется не только своими законами.

Она также находится под влиянием других вселенных с другими законами, поскольку в них, вероятно, действуют свои физические принципы. Мы ощущаем влияние этих других вселенных так же, как страна ощущает влияние других стран.

Тёмный поток предполагает, что наша Вселенная движется к невидимой точке

Волнистые линии текут.

Наша Вселенная непрерывно расширяется; она растёт с момента Большого взрыва. Она может продолжать расширяться до тех пор, пока не погибнет или не начнёт сжиматься (что приведёт к ещё одному Большому отскоку).

В настоящее время наша Вселенная расширяется всё быстрее, а это значит, что галактики постоянно удаляются друг от друга с возрастающей скоростью. Проще всего представить себе расширение Вселенной как надувание слегка сплюснутого мяча для пляжного волейбола. Вы дуете в него, и он раздувается, превращаясь в красивую, ровную сферу.

Галактика M51, галактика Водоворот и туманность с рассеянным скоплением.

В этой парадигме Вселенная представляет собой пляжный мяч, который безграничен и может продолжать расти, сохраняя идеально сферическую форму. Проблема в том, что наблюдения не соответствуют этой модели.

Некоторые учёные заметили, что многие скопления галактик движутся в одном направлении, к чему-то, что не является частью Вселенной в форме пляжного мяча. Учёные называют это движение «тёмным потоком», потому что, как и в случае с тёмной материей, они не понимают, что его вызывает.

Тёмный поток притягивает галактики к чему-то за пределами наблюдаемой Вселенной

Начнём с того, что тёмный поток — спорное понятие, и научное сообщество не может прийти к единому мнению о том, существует ли он на самом деле. Изучая одни и те же данные, учёные приходят к разным выводам, поэтому необходимо провести гораздо больше исследований.

Две симметричные спиральные галактики-близнецы и звёзды.

Чтобы «тёмный поток» стал частью какой-либо теории, он должен порождать гипотезы, которые можно проверить экспериментальным путём. Если тёмный поток существует, то он заставляет скопления галактик двигаться в направлении, которое находится за пределами наблюдаемой Вселенной. Наблюдаемая Вселенная — это то, что мы можем обнаружить, но мы знаем, что Вселенная намного больше, чем могут охватить даже наши лучшие спутники.

Галактические космические планеты Земля и Луна.

Во Вселенной есть много такого, чего мы, возможно, никогда не поймём, просто потому что Вселенная огромна и продолжает расширяться. Некоторые учёные считают, что причиной тёмного потока является гравитационная реликвия Большого взрыва, находящаяся за пределами наблюдаемой Вселенной.

Эта реликвия может представлять собой большое скопление массы, создающее сильное гравитационное поле. Возможно, этой массы больше не существует, но она всё ещё оказывает гравитационное притяжение, которое только сейчас ощущают галактики, движущиеся к ней.

Однако источник может находиться за пределами Вселенной.

Человек в мульти-Вселенной.

Некоторые учёные считают, что гравитация возникает за пределами нашей Вселенной в другой части мульти-Вселенной. Кроме того, эта сила настолько велика, что оказывает критическое воздействие на нашу Вселенную.

Мы воспринимаем гравитацию как слабую силу — гравитация Земли настолько слаба, что вы преодолеваете её каждый раз, когда делаете шаг, — но это может быть связано с тем, что её источник находится очень далеко. Но может ли быть что-то ещё? Например, притяжение к другой сфере, которая существует за пределами нашей Вселенной.

Научная Теория о параллельных вселенных.

Возможно, гравитационное притяжение, вызывающее тёмный поток, находится за пределами Вселенной, возможно, в том же месте, где возникает вся гравитация, которую мы ощущаем. Вместо Вселенной в форме пляжного мяча представьте себе гигантский магнит за пределами Вселенной. Более того, вы должны думать о том, что он притягивает всё в определённом направлении. Что это за магнит? Мы не знаем.

Идея мульти-Вселенной имеет несколько странных следствий

Если существует множество вселенных, разбросанных по мульти-Вселенной, и эти вселенные продолжают порождать новые вселенные, то теоретически существует бесконечное количество вселенных. В этих других вселенных могут действовать другие законы физики, поэтому, например, вместо того чтобы падать вниз, объекты могут падать вверх.

Медицинская концепция «обратного старения» и «возвращения молодости» подобна дворнику, который смахивает пыль со старого дерева, чтобы оно снова зазеленело.

Время может течь в обратном направлении, то есть всё в этой вселенной стареет в обратном порядке, как в «Загадочной истории Бенджамина Баттона». Бесконечное число вселенных означает бесконечное число возможностей для бесконечного числа способов организации частиц, атомов и управляющих ими сил. Таким образом, в некоторых вселенных есть точные копии нас с вами.

Дама перед зеркалом и её отражение; концепция мульти-Вселенной.

У нас есть двойники, но не на этой планете, а в других вселенных. Кроме того, эти двойники могут делать выбор, который мы хотим сделать сами. Вы бы хотели изучать что-то другое в колледже? В другой вселенной вы бы так и сделали.

В другой вселенной вы бы влюбились в другого человека, выбрали другую карьеру и сделали бы другой жизненный выбор. Где-то в далёкой вселенной ваша копия сделала выбор, который вы хотели бы сделать сами, и теперь пожинает плоды, к лучшему или к худшему.

Вас это хоть немного тревожит? Не волнуйтесь. Путешествовать между вселенными невозможно. Ваш потусторонний двойник никогда не найдёт вас здесь и не вторгнется в вашу жизнь.

Тем не менее, идея о том, что мы живём в симуляции, вызывает ещё большее беспокойство.

Создатели видеоигр каждый день делают то, что стало настолько привычным, что мы воспринимаем это как должное. Они создают программы, которые представляют собой симуляции вселенных. Эти симуляции вселенных, содержащиеся в видеоиграх, подчиняются правилам, которые в них заложены.

Любой, у кого есть необходимое оборудование, может войти во вселенную и сыграть в игру. Говоря научным языком, люди, создающие игры по франшизе Super Mario Brothers, создают разные миры, полные Купа, волшебных грибов и труб, по которым могут путешествовать Марио и Луиджи. А затем игрок пытается провести героя через все препятствия, чтобы победить Боузера или любого другого врага и одержать победу.

Женщина в костюме в стиле «Матрицы».

Некоторые учёные утверждают, что наша Вселенная может быть симуляцией, запрограммированной сверхразумными инопланетными существами. Другими словами, вся Вселенная — это запрограммированная версия Земли, показанная в «Матрице», или разновидность видеоигры, в которую играет какой-нибудь скучающий инопланетянин из средней школы.

Если эта гипотеза верна, то природа реальности не кроется в материи и энергии, которые мы наблюдаем в этой Вселенной. Такие вещи, как частицы, являются частью программы Вселенной. Изучение частиц и энергии — это всего лишь познание правил, заложенных во Вселенной. Природа реальности кроется в инопланетных существах, которые её создали.

Матрица цифрового двоичного кода.

Эта идея звучит так, будто мы находимся во власти нашего Создателя.

Окончание см. во второй части статьи

Публикация на Тelegra.ph

• Ключевые слова: Теории о Вселенной, Вселенная, теория струн, голографическая Вселенная