Как идеи мультивселенной, темной энергии и Большого взрыва поменяли мир за 100 лет

Публикация: 23.11.2022
Источник Комментарии

Как идеи мультивселенной, темной энергии и Большого взрыва поменяли мир за 100 лет

Космология, наука о свойствах и эволюции Вселенной, зародилась еще в древности. За последние сто лет эта область науки стала одной из самых динамично развивающихся, хотя и одной из самых сложных. Один из последних выпусков Philosophical Transactions of the Royal Society A посвящен настоящему и будущему математической космологии.

Авторы разделили историю развития космологии на четыре этапа.

Космология, начало: 1917-1960 годы

В первый период развития математической космологии появилось множество новых фундаментальных идей, которые до сих пор играют важную роль в формировании теоретической космологии. Вот некоторые из них:

  • Космологическая постоянная и энергия вакуума;
  • Однородность Вселенной;
  • Неоднородные анизотропные космологические модели;
  • Эволюция против устойчивого состояния Вселенной;
  • Горячий Большой взрыв;
  • Причинность и путешествие во времени;
  • Локальная и глобальная структура.

Все представленные выше идеи столь же фундаментальны и важны в исследованиях теоретической космологии сегодня, как и на заре развития науки. Как отмечают авторы статьи, последующее развитие области в ближайшие десятилетия доказало: все эти новые и важные идеи «по-прежнему играют большую роль, но, в то же время, лишь малая часть сложной сети методов и направлений, составляющих математическую космологию сегодня».

Дата 8 февраля 1917 года считается рождением современной космологии. Именно тогда Эйнштейн продемонстрировал первое применение Общей теории относительности (ОТО) ко Вселенной. Он создал первую современную космологическую модель, в которой материя неподвижна. При этом, у нее есть конечный объем, зоть у нее и нет границ. Статичность Вселенной по Эйнштейну достигается за счет космологической постоянной. Вот что это значит.

Темная энергия противодействует гравитации, «отвечает» за расширение пространства. В отличие от обычной гравитации, которая возникает вокруг больших масс, темная энергия действует повсюду, поэтому ее связывают с самим пространством. Ученые даже посчитали, сколько этой «энергии отталкивания» содержится в кубометре пространства: 6×10−10 Джоулей на кубический метр. Космологическая постоянная — это величина той самой силы. Это энергия самого пространства-времени. Ее величина в любой точке Вселенной не меняется со временем.

Затем, прорыв в современной космологии совершил русский математик Александр Фридман. В 1922 году он нашел решение уравнений Эйнштейна, которые описывают динамически расширяющуюся Вселенную. Кроме того, теорию удалось экспериментально подтвердить. Это удалось британскому астроному Эдвину Хабблу. В 1929 году от открыл знаменитое красное смещение галактик.

Красное смещение — индикатор расширения Вселенной. Когда пространство расширяется, галактики «отлетают» друг от друга, но их координаты остаются прежними. Проще всего этот процесс можно понять, если представить, что пространство — это воздушный шарик, на который «приклеены» галактики. Он (как и пространство) расширяется, но положение галактик не меняется, метки «приклеены» к своим координатам.

Позднее, в 1947 году, на основе этих сведений Георгий Гамов (США) сформулировал теорию горячей Вселенной. Согласно этой космологической модели, ее эволюция началась с состояния плотной горячей плазмы. Вселенная состояла из элементарных частиц.

Спустя два года, в 1949 году, такой процесс рождения Вселенной стал известен как Большой взрыв. Считается, что этот термин был придуман британским астрономом Фредом Хойлом. Согласно этой модели, перед тем, как Вселенная начала расширяться, она находилась в сингулярном состоянии. Сегодня эти две концепции сочетают, но на деле они независимы.

Второй период: 1960–1980 годы

Новые идеи, возникшие в этот период и имеющие особое отношение к космологии, можно обобщить следующим образом:

  • Геометрические расширения Общей теории относительности;
  • Теоремы особенностей, глобальные методы;
  • БХЛ-сингулярность;
  • Вселенная Mixmaster;
  • Физика элементарных частиц.

В конце 1970-х годов открытия в физике элементарных частиц привели к созданию моделей Великого объединения, которые оказали непосредственное влияние на космологию.

Если кратко, все силы, с которыми человечество сталкивается каждый день, можно свести к четырем категориям — гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая силы. Суть теорий Великого объединения: как-то связать вместе сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. Предполагается, что при чрезвычайно высоких энергиях они объединяются.

Так, физики Шелдон Глэшоу (да, в честь него назвали персонажа Шелдона Купера из сериала «Теория большого взрыва») и Стивен Вайнберг с Абдусом Саламом получили Нобелевскую премию по физике в 1979 году за объединение электромагнитной силы со слабой, чтобы сформировать концепцию электрослабой силы. Физики, работающие над созданием теорией Великого объединения, стремятся объединить электрослабое взаимодействие с сильным, чтобы определить электронно-ядерное. Ранее его предсказывали модели, однако оно еще не наблюдалось.

Третий период: 1980–2000 годы

Новые идеи, возникшие в этот период:

  • Инфляционная космология;
  • Мультивселенная;
  • Волновая функция Вселенной;
  • Проблема космологической меры;
  • Детские вселенные и червоточины;
  • Вселенные Калуцы — Клейна;
  • Струнная космология;
  • Проблема космологической стабильности.

Именно в этом период появилась гипотеза, согласно которой, Вселенная, в которой мы живем, может быть не единственной из существующих. На самом деле есть бесконечное количество вселенных, и все они объединены в мультивселенную. Эта концепция может показаться немного безумной, но, если она верна, то есть альтернативный мир. Она похожа на ту, в которой мы живем. Несмотря на то, что физики утверждают, что мультивселенная — лишь выдумка, некоторые ученые пробуют ее доказать. Даже Стивен Хокинг пытался решить ее парадокс.

Есть теория, которая вписывается в гипотезу о существовании мультивселенной — хаотическая теория инфляции. Согласно ней, инфляция не случилась однажды и закончилась, а продолжается и развивается в разных регионах пространства. Кстати именно в «третий период» развития космологии и появилась гипотеза инфляции, которая меняет представление о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва. Примечательно, что она предполагает более ускоренное расширение, если сравнивать со стандартной моделью горячей Вселенной.

Четвертый период: с 2000 года по сегодняшний день

Как пишут авторы статьи, в течение последних 20 лет «вся область развития математической космологии “повзрослела” до неузнаваемости по сравнению, с ее образом 50-летней давности».

Вот основные идеи последних 20 лет:

  • М-теория и космология;
  • Браны и параллельные миры;
  • Топологические проблемы и динамическая эволюция;
  • Общность в космологии;
  • Модели темной энергии.

Одна из самых популярных и изучаемых тем в космологии — темная энергия, основной компонент текущего ускорения Вселенной. Она стала объектом пристального внимания с 1998 года. Тогда две группы ученых, используя различные наборы данных и методы, обнаружили, что скорость расширения далеких сверхновых изгибается «вверх» относительно их расстояния. С тех пор это открытие оказало огромное влияние на космологию и подтвердило ожидания космологической постоянной — так называемой ΛCDM (модель Лямбда-CDM, англ. Lambda-Cold Dark Matter, холодной темной материи).

Сегодня модели темной энергии охватывают весь диапазон возможностей, от космологической постоянной до скалярных полей — так называемой квинтэссенции — и модифицированных теорий гравитации. Действительно удивительной особенностью этого гипотетического типа энергии является тот факт, что она объединяет огромный спектр модифицированных теорий гравитации и других экзотических форм энергии для поиска недостающего «звена» Вселенной.

Общее мнение ученых состоит в том, что она заполняет все пространство Вселенной и составляет 72% ее массы (энергии). По другим оценкам — 66,2%. Другой компонент оставшегося материала во Вселенной состоит из темной материи, доля которой составляет еще около 24%. А вот все видимые компоненты материи и излучения могут составлять лишь крохотные 4%. Как это произошло — пожалуй самая большая загадка Вселенной на сегодняшний день.

Читать далее:

Скоро на Землю обрушится магнитная буря

Создана навигационная система, которая точнее, чем GPS

Древний амулет переписал историю самого загадочного языка Европы

По материалам: 100 лет математической космологии: модели, теории и проблемы, часть А и часть B.


Понравилась статья? Поделись с друзьями!

LongReef Team Автор статьи: LongReef Team
9
Нет Комментариев.
Но, вы можете быть первыми кто его оставит

Авторизуйся что бы оставить свой коммент...

Популярные Статьи

Одна из самых давних фундаментальных загадок биологии связана с плохо изученным происхождением...
01.12.2022
Амеба заражает людей, попадая в организм через нос, а затем — в мозг. Сейчас ее находят в штатах,...
30.11.2022
Рассказываем, что происходит с наукой в экстремальных условиях регионов России.
28.11.2022
Ученых по всему миру занимают одни и те же темы — они занимаются проблемами, которые улучшат наше...
28.11.2022
В России каждый день тысячи исследователей работают над новыми открытиями. Но многие из них,...
28.11.2022
Как скоро людей заменят роботы? На какой стадии развития находится искусственный интеллект? К чему...
26.11.2022
Исследователи впервые установили форму галактического гало Млечного Пути. Разреженная невидимая...
25.11.2022
Ученые впервые создали материал, который имитирует мозгоподобные вычисления в самом мельчайшем...
24.11.2022
Смартфоны и цифровая революция изменили то, как мы воспринимаем реальность и общаемся друг с...
24.11.2022
Международное бюро мер и весов подготовило дорожную карту по изменению определения секунды. По...
23.11.2022
Астрофизики представили новую теорию, которая раскрывает историю формирования сверхмассивных звезд...
20.11.2022
Когда речь идет о шуме, считается, что он только вредит. Даже информационным двигателям. Теперь...
19.11.2022
Столкновение магнитного поля планеты со звездным ветром вызывает не только красивое природное...
18.11.2022
Несколько неудачных попыток, и, все таки, миссия Artemis 1 стартовала. «Хайтек» рассказывает...
16.11.2022
Статистика показывает, что большая часть пользователей не уделяет внимания кибергигиене и отношению...
16.11.2022
Финские ученые и инженеры открыли новый тип сверхпроводящих кубитов — унимон. «Хайтек»...
16.11.2022
Исследователи разработали самую подробную карту человеческого мозга из когда-либо созданных. Особое...
15.11.2022
Количество людей, проживающих по всему миру, увеличилось в 4 раза меньше чем за 100 лет. «Хайтек»...
15.11.2022
Буткемпы подразумевают интенсивное обучение новой профессии: они позволяют освоить азы...
14.11.2022
Ученые восстановили подвижность у девяти парализованных пациентов. Они не остановились на этом...
14.11.2022
Нейтринная обсерватория IceCube помогла ученым впервые заглянуть в сердце активной галактики NGC...
12.11.2022
ООН опубликовало предварительный отчет о том, что происходило с климатом последнее время. «Хайтек»...
10.11.2022
Тысячи лет люди пытаются выяснить, откуда произошли люди и все живое на Земле. Есть основная...
09.11.2022
Ученые совершили прорыв в медицине: эритроциты, выращенные в лаборатории, наконец-то перелили...
09.11.2022
Прошла почти неделя после того, как довольный Илон Маск принес раковину в офис Twitter. С тех пор...
08.11.2022
Когда дроны только появились, исследователи даже не понимали их полного потенциала. А теперь эти...
07.11.2022
Необычное астрономическое явление, кажется, подтверждает альтернативную теорию гравитации, также...
06.11.2022
Раз в тысячу лет Земля страдает от загадочных радиационных бурь. Что их вызывает — неизвестно,...
06.11.2022
Сотрудникам Университета Дании удалось сжать свет в 12 раз ниже предела дифракции в диэлектрическом...
05.11.2022
Исследователи представили концепцию романтического антропоморфизма. Она предполагает придание...
05.11.2022
Исследователи из Великобритании, США, Австралии и Италии провели детективное расследование, чтобы...
04.11.2022
Впервые физики наблюдали новые квантовые эффекты в топологическом изоляторе при комнатной...
04.11.2022
Спутники на протяжении десятилетий отслеживают, как меняется климат на планете. Но этим влияние...
03.11.2022
Большие данные открывают новые возможности в мире технологий все более быстрыми темпами. Это уже...
03.11.2022
При столкновении нейтронных звезд происходит много интересного. Теперь ученые придумали, как...
03.11.2022
Сотрудники Института развития мозга им. Либера утверждают, что разгадали загадку шизофрении...
02.11.2022
Астрофизики обнаружили в звездных скоплениях необычное поведение, которое нельзя объяснить с точки...
02.11.2022
Китай завершает строительство собственной космической станции. 31 октября на орбиту отправлен...
01.11.2022
За нейроморфными устройствами — будущее, однако создать их не так уж просто. Однако физики...
31.10.2022
Бессонница также может быть связана с заболеваниями или приемом определенных лекарств. Лечение...
31.10.2022
Если ученые поймут, как менять вращение протона, это изменит многое. Однако на пути к этому...
29.10.2022
Физики создали первый экзотический конденсат Бозе — Эйнштейна. Это открытие окажет влияние на...
28.10.2022
Самая известная картина Леонардо да Винчи привлекает миллионы туристов загадочным взглядом, который...
28.10.2022
Ученые часто говорят об «апокалипсисе насекомых». «Хайтек» изучил исследования последних пяти лет,...
27.10.2022
Согласно 20-летнему исследованию, проведенному в Швеции, средиземноморская диета не снижает...
26.10.2022
Тень Луны пересекла фактически всю Евразию во время второго и последнего в 2022 году солнечного...
25.10.2022
Инженеры из Университета Дьюка разработали новую систему доставки для лечения рака, чтобы вылечить...
25.10.2022
В 2013 году коллаборация IceCube сообщила об уникальном наблюдении. Его не могли объяснить почти 10...
25.10.2022
Примерно в 80-140 км от побережья в Намибии есть миллионы сказочных кругов — круглые промежутки в...
25.10.2022
Человек с мертвым мозгом, то есть с полным отсутствием мозговой активности, может казаться просто...
25.10.2022
Новое исследование показало, что всего шесть минут пассивно отслеживаемых данных о перемещениях в...
24.10.2022
Недалеко от Земли есть планета, известная как Проксима Центавра b. Возможно, там есть жизнь, но мы...
24.10.2022
Последнее в 2022 году Солнечное затмение произойдет 25 октября. Затмение будет частным, но в...
24.10.2022
К сожалению, в последнее время теория плоской Земли набирает популярность. «Хайтек» рассказывает,...
23.10.2022
Менее чем за 10 лет с момента секвенирования полного генома неандертальца, ученые узнали много о...
21.10.2022
Международная группа физиков впервые подтвердила важное теоретическое предсказание в квантовой...
21.10.2022
Ученые могут сделать квантовый мир реальностью, однако на их пути есть много препятствий. Одно из...
21.10.2022
Сейчас на Марсе работает несколько миссий. Его фотографируют, по поверхности планеты катаются...
20.10.2022
Ученые извлекли ДНК из останков людей, захороненных в чумных ямах, которые использовались для...
20.10.2022
В пятницу, 21 октября, звездный дождь Орионид достигнет своего пика в этом году. Жители Земли в...
20.10.2022