جهان هولوگرافیک: نظریه جدیدی از فضا-زمان؟ نظریه یک جهان فیزیکی یکپارچه نظریه جدیدی از محیط جهان

ما یک دیدگاه کاملاً جدید از منشأ جهان را به شما ارائه می دهیم که توسط گروهی از فیزیکدانان نظری از دانشگاه ایندیانا ساخته شده و توسط نیکودیم پوپلوسکی، کارمند این دانشگاه ارائه شده است.
هر سیاهچاله حاوی یک جهان جدید است، جهان ما نیز از این قاعده مستثنی نیست، در داخل یک سیاهچاله نیز وجود دارد. چنین اظهاراتی ممکن است عجیب به نظر برسد، اما این فرضیه است که تولد کیهان و روند همه فرآیندهایی را که امروزه مشاهده می کنیم به بهترین شکل توضیح می دهد.
نظریه استاندارد بیگ بنگ نمی تواند به بسیاری از سوالات پاسخ دهد. این نشان می دهد که جهان به عنوان یک "تکینگ" از یک نقطه بینهایت کوچک شروع شد که حاوی غلظت بی نهایت بالایی از ماده است که اندازه خود را به حالتی که امروز مشاهده می کنیم گسترش می دهد. نظریه تورم، انبساط فوق سریع فضا، البته به بسیاری از سؤالات پاسخ می دهد، از جمله اینکه چرا در مراحل اولیه توسعه کیهان، تکه های بزرگ ماده متمرکز نبود که در اجرام بزرگ آسمانی متحد شدند: کهکشان ها و خوشه ها. از کهکشان ها اما بسیاری از سوالات بی پاسخ مانده است. به عنوان مثال: پس از انفجار بزرگ چه چیزی شروع شد؟ چه چیزی باعث انفجار بزرگ شد؟ منبع انرژی تاریک مرموز که از فراتر از مرزهای جهان می آید چیست؟
این نظریه که جهان ما به طور کامل درون یک سیاهچاله قرار دارد، پاسخی به این سوالات و بسیاری از سوالات دیگر می دهد. این مفهوم ویژگی های فیزیکی غیرممکن جهان ما را رد می کند. و بر دو نظریه مرکزی فیزیک تکیه دارد.
اول، این نظریه نسبیت عام، نظریه مدرن گرانش است. کیهان را در مقیاس بزرگ توصیف می کند. هر رویدادی در کیهان به عنوان نقطه ای در فضا و زمان و فضا-زمان در نظر گرفته می شود. اجسام عظیمی مانند خورشید منحنی های فضا-زمان را منحرف می کنند یا ایجاد می کنند که قابل مقایسه با یک توپ بولینگ است که روی بوم معلق قرار گرفته است. یک فرورفتگی گرانشی از خورشید، حرکت زمین و سایر سیارات را که به دور آن می چرخند، تغییر می دهد. جاذبه سیارات توسط خورشید به عنوان نیروی گرانش به نظر می رسد.
قانون دوم مکانیک کوانتومی که نظریه جدید مبتنی بر آن است، جهان را در کوچکترین مقیاس ها، مانند اتم و سایر ذرات بنیادی توصیف می کند.
در حال حاضر، فیزیکدانان در تلاش هستند تا مکانیک کوانتومی و نسبیت عام را در یک نظریه واحد از "گرانش کوانتومی" ترکیب کنند تا به اندازه کافی مهم ترین پدیده های طبیعی، از جمله رفتار ذرات زیر اتمی در سیاهچاله ها را توصیف کنند.
در دهه 1960، اقتباسی از نسبیت عام برای در نظر گرفتن اثرات مکانیک کوانتومی، نظریه گرانش انیشتین-کارتون-سیاما-کیبل نامیده شد. این نه تنها گامی جدید به سوی درک گرانش کوانتومی ارائه می دهد، بلکه تصویری جایگزین از جهان ایجاد می کند. این تنوع نسبیت عام شامل یک ویژگی کوانتومی مهم مادر به نام SPINOM است.
کوچکترین ذرات، مانند اتم ها و الکترون ها، دارای SPINOM یا تکانه زاویه ای درونی هستند، شبیه به چرخش یک اسکیت باز روی یخ. در این تصویر، SPIN ذرات با فضا-زمان برهم کنش می کند و خاصیتی به نام «پیچ خوردگی» برای آن فراهم می کند. برای درک این پیچش، فضا را نه به عنوان یک بوم دو بعدی، بلکه به عنوان یک میله یک بعدی انعطاف پذیر در نظر بگیرید. خم شدن میله مربوط به پیچش مکانی-زمانی است. اگر میله نازک است، می توانید آن را بچرخانید، اما به سختی می توان فهمید که پیچ خورده است یا نه.
پیچش فضا باید در مراحل اولیه پیدایش کیهان یا در یک سیاهچاله قابل توجه یا بهتر بگوییم بسیار قابل توجه باشد. تحت این شرایط شدید، پیچش فضا-زمان باید خود را به عنوان نیروی دافعه یا گرانش برای نزدیکترین اجرام از انحنای فضا-زمان نشان دهد.
مانند نسخه استاندارد نسبیت عام، ستارگان بسیار پرجرم در نهایت در سیاهچاله ها سقوط می کنند: مناطقی از فضا که هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند از آنها فرار کند.
در اینجا آمده است که فرآیند پیچش در لحظه اولیه تولد کیهان چه نقشی می تواند داشته باشد:
در ابتدا، جاذبه گرانشی فضای منحنی اجازه می دهد تا چرخش به یک نیروی دافعه تبدیل شود و منجر به ناپدید شدن ماده در مناطق کوچکتر فضا شود. اما سپس فرآیند پیچش بسیار قوی می شود، به نقطه ای با چگالی بی نهایت تبدیل می شود و به حالت چگالی بسیار بزرگ، اما محدود می رسد. از آنجایی که انرژی می تواند به جرم تبدیل شود، انرژی گرانشی بسیار بالا در این حالت بسیار متراکم می تواند باعث ایجاد ذرات شدید شود که جرم داخل سیاهچاله را به شدت افزایش می دهد.
افزایش تعداد ذرات با SPIN منجر به سطح بالاتری از پیچش مکانی و زمانی خواهد شد. لحظه دافعه چرخش می تواند فروپاشی ماده را متوقف کند و اثر یک "جهش بزرگ" شبیه توپی که از قبل از آب به بیرون پرواز می کند، ایجاد کند که منجر به روند گسترش جهان می شود. در نتیجه، ما فرآیندهای توزیع جرم، شکل و هندسه جهان مربوط به این پدیده را مشاهده می کنیم.
به نوبه خود، مکانیسم پیچشی سناریوی شگفت انگیزی را ارائه می دهد که بر اساس آن هر سیاهچاله می تواند یک جهان جدید و جوان را در درون خود ایجاد کند.
بنابراین، جهان خودمان می‌تواند درون یک سیاه‌چاله واقع در جهان دیگری باشد.
همانطور که ما نمی توانیم آنچه را که در داخل یک سیاهچاله اتفاق می افتد ببینیم، هر ناظری در جهان مادر نمی تواند آنچه را که در جهان ما اتفاق می افتد ببیند.
حرکت ماده از طریق مرز سیاهچاله "افق رویداد" نامیده می شود و فقط در یک جهت رخ می دهد و جهت بردار زمان را ارائه می دهد که ما آن را به عنوان حرکت رو به جلو درک می کنیم.
پیکان زمان در جهان ما، از طریق فرآیند پیچش از جهان مادر به ارث رسیده است.
چرخش همچنین می تواند عدم تعادل مشاهده شده بین ماده و پادماده در جهان را توضیح دهد. در نهایت، فرآیند پیچش ممکن است منبع انرژی تاریک باشد، یک شکل اسرارآمیز از انرژی که در تمام فضای ما نفوذ می کند و نرخ انبساط جهان را افزایش می دهد. هندسه پیچشی یک "ثابت کیهانی" تولید می کند که به نیروهای خارجی گسترش می یابد و ساده ترین راه برای توضیح وجود انرژی تاریک است. بنابراین، انبساط شتاب‌زده مشاهده‌شده جهان ممکن است قوی‌ترین مدرک برای یک فرآیند پیچشی باشد.
بنابراین، چرخش مبنای نظری را برای سناریویی فراهم می‌کند که در آن یک جهان جدید در هر سیاه‌چاله وجود دارد. این سناریو همچنین به عنوان ابزاری برای حل چندین مشکل اصلی در نظریه گرانش و کیهان‌شناسی مدرن عمل می‌کند، اگرچه فیزیکدانان هنوز باید مکانیک کوانتومی انیشتین-کارتون-سیاما-کیبل را با نظریه کوانتومی گرانش ترکیب کنند.
در همین حال، درک جدید از فرآیندهای کیهانی سوالات مهم دیگری را مطرح می کند. به عنوان مثال، ما در مورد جهان مادر و سیاهچاله ای که جهان خودمان را در بر می گیرد، چه می دانیم؟ چند لایه از جهان مادر داریم؟ چگونه می توانیم بررسی کنیم که جهان ما در سیاهچاله است؟
به طور بالقوه سؤالات اخیر قابل بررسی است، زیرا همه ستارگان و سیاهچاله ها می چرخند، جهان ما باید محور چرخش جهان مادر را به عنوان "جهت ترجیحی" به ارث برده باشد.
بررسی اخیر بر روی 15000 کهکشان در یک نیمکره جهان نشان داد که آنها "چپ" هستند، یعنی در جهت عقربه های ساعت می چرخند، در حالی که در نیمکره دیگر، کهکشان ها "راست" یا خلاف جهت عقربه های ساعت هستند. اما این کشف هنوز نیاز به تأمل دارد. در هر صورت، اکنون مشخص شده است که فرآیند پیچش در هندسه فضا-زمان گامی درست به سوی یک نظریه موفق کیهان شناسی است.

ذرات بنیادی جدید دیگر قابل شناسایی نیستند. همچنین، یک سناریوی جایگزین اجازه می دهد تا مشکل سلسله مراتب توده را حل کند. این مطالعه در وب سایت arXiv.org منتشر شده است، Lenta.ru بیشتر در مورد آن می گوید.

این نظریه طبیعی بودن نامیده می شود. پس از جداسازی برهمکنش های الکترومغناطیسی و ضعیف، در مقیاس های انرژی از مرتبه برهمکنش الکتروضعیف تعریف می شود. این حدود ده در منهای سی و دو بود - ده در منهای دوازدهم ثانیه پس از انفجار بزرگ. سپس، به گفته نویسندگان مفهوم جدید، در جهان یک ذره بنیادی فرضی وجود داشت - یک rechiton (یا reheaton، از reheaton انگلیسی)، که فروپاشی آن منجر به شکل‌گیری فیزیک مشاهده شده امروزی شد.

همانطور که جهان سردتر شد (دمای ماده و تشعشع کاهش یافت) و مسطح تر شد (هندسه فضا به اقلیدسی نزدیک شد)، ریکیتون به بسیاری از ذرات دیگر تجزیه شد. آن‌ها گروه‌هایی از ذرات تقریباً غیر متقابل را تشکیل دادند که از نظر گونه‌ها تقریباً یکسان بودند، اما در جرم بوزون هیگز و در نتیجه جرم خود متفاوت بودند.

تعداد چنین گروه هایی از ذرات که به گفته دانشمندان در کیهان مدرن وجود دارند به چند هزار تریلیون می رسد. یکی از این خانواده ها شامل فیزیک توصیف شده توسط مدل استاندارد (SM) و ذرات و فعل و انفعالات مشاهده شده در آزمایشات در LHC است. نظریه جدید امکان کنار گذاشتن ابرتقارن را که هنوز به طور ناموفقی دنبال می شود را ممکن می سازد و مشکل سلسله مراتب ذرات را حل می کند.

به ویژه، اگر جرم بوزون هیگز که در نتیجه فروپاشی ریکیتون تشکیل شده است کوچک باشد، جرم ذرات باقی مانده بزرگ خواهد بود و بالعکس. این همان چیزی است که مشکل سلسله مراتب ضعیف الکترومغناطیسی مرتبط با شکاف بزرگ بین توده‌های ذرات بنیادی مشاهده‌شده تجربی و مقیاس‌های انرژی کیهان اولیه را حل می‌کند. به عنوان مثال، این سوال که چرا یک الکترون با جرم 0.5 مگا الکترون ولت تقریباً 200 برابر سبکتر از یک میون با اعداد کوانتومی یکسان است به خودی خود ناپدید می شود - دقیقاً همان مجموعه ای از ذرات در جهان وجود دارد که این تفاوت چندان قوی نیست. .

بر اساس نظریه جدید، بوزون هیگز مشاهده شده در آزمایشات در LHC سبک ترین ذره از این نوع است که در نتیجه فروپاشی یک ریکیتون به وجود آمده است. گروه‌های دیگری از ذرات هنوز کشف نشده با بوزون‌های سنگین‌تر مرتبط هستند - آنالوگ‌های لپتون‌های کشف‌شده و به خوبی مطالعه‌شده در حال حاضر (که در برهمکنش قوی شرکت نمی‌کنند) و هادرون‌ها (شرکت‌کننده در برهمکنش قوی).

نظریه جدید لغو نمی کند، اما باعث می شود که معرفی ابر تقارن، که دلالت بر دو برابر شدن (حداقل) تعداد ذرات بنیادی شناخته شده به دلیل وجود ابر شرکا دارد، چندان ضروری نباشد. به عنوان مثال، برای یک فوتون - فوتینو، کوارک - اسکوارک، هیگز - هیگزینو، و غیره. اسپین ابر شریک ها باید با اسپین ذره اصلی یک عدد نیم صحیح متفاوت باشد.

از نظر ریاضی، یک ذره و یک ابر ذره در یک سیستم (ابر چندگانه) ترکیب می شوند. تمام پارامترهای کوانتومی و جرم ذرات و شرکای آنها در ابر تقارن دقیق منطبق هستند. اعتقاد بر این است که ابرتقارن در طبیعت شکسته شده است، و بنابراین جرم ابر شرکا به طور قابل توجهی از جرم ذرات آنها بیشتر است. برای تشخیص ذرات فوق متقارن، شتاب دهنده های قدرتمندی مانند LHC مورد نیاز بود.

اگر ابر تقارن یا هر ذره یا فعل و انفعال جدیدی وجود داشته باشد، نویسندگان مطالعه جدید معتقدند که می توان آنها را در مقیاس های ده ترالکترون ولت کشف کرد. این تقریباً در حد توانایی های LHC است و اگر نظریه ارائه شده درست باشد، کشف ذرات جدید در آنجا بسیار بعید است.

تصویر: arXiv.org

سیگنالی نزدیک به 750 گیگا الکترون ولت، که می تواند نشان دهنده واپاشی یک ذره سنگین به دو فوتون گاما باشد، همانطور که دانشمندان همکاری CMS (سلونوئید میون فشرده) و ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) در LHC در سال 2015 و 2016 گزارش دادند. نویز آماری شناسایی شده از سال 2012، زمانی که کشف بوزون هیگز در سرن مشخص شد، هیچ ذره بنیادی جدیدی که توسط پسوندهای SM پیش‌بینی شده بود، شناسایی نشد.

نیما ارکانی حامد دانشمند ایرانی الاصل کانادایی و آمریکایی که نظریه جدیدی را ارائه کرده بود در سال 2012 جایزه فیزیک بنیادی را دریافت کرد. این جایزه در همان سال توسط تاجر روسی یوری میلنر تأسیس شد.

بنابراین، ظهور نظریه هایی که در آنها نیاز به ابرتقارن از بین می رود، انتظار می رود. نویسنده اصلی این مطالعه جدید، یک فیزیکدان، گفت: «تئوریسین های زیادی، از جمله من، وجود دارند که معتقدند این زمان کاملاً منحصر به فردی است که ما در حال حل سؤالات مهم و سیستمی هستیم، و نه در مورد جزئیات ذرات بنیادی بعدی». از دانشگاه پرینستون (ایالات متحده آمریکا).

همه در خوش بینی او شریک نیستند. بنابراین، مت استراسلر فیزیکدان از دانشگاه هاروارد معتقد است که توجیه ریاضی نظریه جدید دور از ذهن است. در همین حال، پدی فاکس از آزمایشگاه شتاب دهنده ملی انریکو فرمی در باتاویا (ایالات متحده آمریکا) معتقد است که این نظریه جدید در ده سال آینده آزمایش خواهد شد. به نظر او، ذراتی که در یک گروه با هر بوزون سنگین هیگز تشکیل شده اند، باید آثار خود را بر روی CMB باقی بگذارند - تابش مایکروویو باستانی پیش بینی شده توسط نظریه انفجار بزرگ.

عظمت و تنوع دنیای اطراف می تواند هر تصوری را شگفت زده کند. همه اشیاء و اشیاء اطراف یک شخص، افراد دیگر، انواع مختلف گیاهان و حیوانات، ذراتی که فقط با میکروسکوپ قابل مشاهده هستند، و همچنین خوشه های ستاره ای غیرقابل درک: همه آنها با مفهوم "جهان" متحد شده اند.

نظریه های منشأ جهان برای مدت طولانی توسط انسان ایجاد شده است. با وجود فقدان مفهوم اولیه دین یا علم، در ذهن کنجکاو مردم باستان سؤالاتی در مورد اصول نظم جهانی و موقعیت یک شخص در فضایی که او را احاطه کرده است مطرح شد. شمارش تعداد تئوری های منشأ جهان امروز دشوار است، برخی از آنها توسط دانشمندان برجسته جهان مورد مطالعه قرار می گیرند، برخی دیگر صراحتاً خارق العاده هستند.

کیهان شناسی و موضوع آن

کیهان‌شناسی مدرن - علم ساختار و توسعه جهان - مسئله منشأ آن را یکی از جالب‌ترین اسرار می‌داند که هنوز به اندازه کافی مطالعه نشده است. ماهیت فرآیندهایی که به ظهور ستارگان، کهکشان ها، منظومه های خورشیدی و سیارات، توسعه آنها، منبع پیدایش کیهان، و همچنین اندازه و مرزهای آن کمک کردند: همه اینها فقط یک لیست کوتاه از مسائل مورد مطالعه است. توسط دانشمندان مدرن

جستجوی پاسخ برای معمای اساسی در مورد شکل گیری جهان به این واقعیت منجر شده است که امروزه نظریه های مختلفی در مورد منشاء، وجود، توسعه جهان وجود دارد. هیجان متخصصانی که به دنبال پاسخ، ساختن و آزمایش فرضیه ها هستند، موجه است، زیرا یک نظریه قابل اعتماد در مورد تولد کیهان، احتمال وجود حیات در منظومه ها و سیارات دیگر را برای همه بشر آشکار خواهد کرد.

نظریه‌های منشأ جهان دارای ویژگی‌های علمی، فرضیات فردی، آموزه‌های دینی، اندیشه‌های فلسفی و اسطوره‌ها هستند. همه آنها به طور مشروط به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

1. نظریه هایی که بر اساس آن جهان توسط یک خالق خلق شده است. به عبارت دیگر، ماهیت آنها این است که فرآیند ایجاد جهان یک عمل آگاهانه و معنوی، تجلی اراده بود.
2. نظریه های منشأ جهان، بر اساس عوامل علمی ساخته شده است. فرضیات آنها به طور قاطعانه هم وجود خالق و هم امکان آفرینش آگاهانه جهان را رد می کند. این گونه فرضیه ها اغلب بر اساس چیزی است که اصل حد وسط نامیده می شود. آنها احتمال وجود زندگی را نه تنها در سیاره ما، بلکه در سایرین نیز نشان می دهند.

آفرینش گرایی - نظریه خلقت جهان توسط خالق

همانطور که از نام آن پیداست، آفرینش گرایی (آفرینش) یک نظریه دینی در مورد پیدایش جهان است. این جهان بینی مبتنی بر مفهوم خلقت جهان، سیاره و انسان توسط خداوند یا خالق است.

این ایده برای مدت طولانی تا پایان قرن نوزدهم غالب بود، زمانی که روند انباشت دانش در زمینه های مختلف علوم (زیست شناسی، نجوم، فیزیک) شتاب گرفت و نظریه تکاملی فراگیر شد. آفرینش گرایی به نوعی واکنش مسیحیان تبدیل شده است که به دیدگاه های محافظه کارانه در مورد اکتشافات انجام شده پایبند هستند. ایده غالب در آن زمان تنها تضادهایی را که بین نظریه های دینی و سایر نظریه ها وجود داشت افزایش داد.

تفاوت بین نظریه های علمی و دینی چیست؟

تفاوت اصلی بین نظریه های دسته بندی های مختلف در درجه اول در اصطلاحات مورد استفاده طرفداران آنها نهفته است. پس در فرضیه های علمی به جای خالق - طبیعت و به جای خلق - مبدأ. در کنار این، سؤالاتی وجود دارد که به طور مشابه توسط نظریه های مختلف پوشش داده می شود یا حتی کاملاً تکراری است.

نظریات مبدأ جهان، متعلق به دسته‌های متضاد، تاریخ ظهور آن را به طرق مختلف نشان می‌دهد. به عنوان مثال، بر اساس رایج ترین فرضیه (نظریه انفجار بزرگ)، جهان حدود 13 میلیارد سال پیش شکل گرفته است.

در مقابل، نظریه دینی مبدأ جهان ارقام کاملاً متفاوتی را ارائه می دهد:

• بر اساس منابع مسیحی، سن جهان ایجاد شده توسط خداوند در زمان تولد عیسی مسیح 3483-6984 سال بوده است.
• هندوئیسم نشان می دهد که جهان ما تقریباً 155 تریلیون سال قدمت دارد.

کانت و مدل کیهانی او

تا قرن بیستم، اکثر دانشمندان بر این عقیده بودند که جهان بی نهایت است. این کیفیت آنها زمان و مکان را مشخص می کردند. علاوه بر این، به نظر آنها، جهان ایستا و یکنواخت بود.

ایده بی نهایت بودن جهان در فضا توسط اسحاق نیوتن مطرح شد. توسعه این فرض درگیر این بود که چه کسی نظریه فقدان محدودیت های زمانی را نیز توسعه داد. با حرکت بیشتر، در مفروضات نظری، کانت بی نهایت جهان را به تعداد محصولات بیولوژیکی ممکن گسترش داد. این فرض به این معناست که در شرایط دنیای باستانی و وسیع، بدون پایان و آغاز، تعداد بی‌شماری گزینه ممکن وجود داشته باشد که در نتیجه ظهور هر گونه بیولوژیکی واقعی است.

بر اساس ظهور احتمالی اشکال حیات، نظریه داروین بعدها توسعه یافت. مشاهدات آسمان پرستاره و نتایج محاسبات ستاره شناسان مدل کیهانی کانت را تایید کرد.

بازتاب های اینشتین

در آغاز قرن بیستم، آلبرت اینشتین مدل خود را از جهان منتشر کرد. طبق نظریه نسبیت او، دو فرآیند متضاد به طور همزمان در جهان اتفاق می افتد: انبساط و انقباض. با این حال، او با نظر اکثر دانشمندان در مورد ثابت بودن کیهان موافق بود، بنابراین مفهوم نیروی دافعه کیهانی را مطرح کرد. تاثیر آن برای متعادل کردن جاذبه ستارگان و توقف روند حرکت همه اجرام آسمانی به منظور حفظ ماهیت ایستا کیهان طراحی شده است.

مدل جهان - به گفته اینشتین - اندازه خاصی دارد، اما هیچ مرزی وجود ندارد. چنین ترکیبی تنها زمانی امکان پذیر است که فضا به گونه ای منحنی باشد که در یک کره اتفاق می افتد.

ویژگی های فضای چنین مدلی عبارتند از:

• سه بعدی بودن.
• خودت را ببندی
• همگنی (عدم مرکز و لبه)، که در آن کهکشان ها به طور مساوی توزیع شده اند.

A. A. Fridman: جهان در حال گسترش است

خالق مدل انقلابی در حال گسترش جهان، A. A. Fridman (اتحادیه شوروی) نظریه خود را بر اساس معادلات مشخص کننده نظریه نسبیت عام ساخته است. درست است، نظر عموماً پذیرفته شده در دنیای علمی آن زمان، ماهیت ایستا دنیای ما بود، بنابراین توجه لازم به کار او نشد.

چند سال بعد، ستاره شناس ادوین هابل کشفی کرد که عقاید فریدمن را تایید کرد. حذف کهکشان ها از کهکشان راه شیری کشف شده است. در عین حال، این واقعیت که سرعت حرکت آنها متناسب با فاصله بین آنها و کهکشان ما است، غیرقابل انکار شده است.

این کشف، "عقب نشینی" مداوم ستارگان و کهکشان ها را در رابطه با یکدیگر توضیح می دهد که منجر به نتیجه گیری در مورد انبساط جهان می شود.

در نهایت، نتیجه گیری فریدمن توسط انیشتین به رسمیت شناخته شد، که متعاقباً از شایستگی های دانشمند شوروی به عنوان بنیانگذار فرضیه انبساط جهان یاد کرد.

نمی توان گفت که تضادهایی بین این نظریه و نظریه نسبیت عام وجود دارد، اما با انبساط کیهان، باید یک انگیزه اولیه وجود داشته باشد که پراکندگی ستارگان را برانگیخت. در قیاس با انفجار، این ایده "بیگ بنگ" نامیده شد.

استیون هاوکینگ و اصل آنتروپیک

نتیجه محاسبات و اکتشافات استیون هاوکینگ، نظریه انسان محوری مبدأ کیهان بود. خالق آن ادعا می کند که وجود سیاره ای به خوبی آماده برای زندگی انسان نمی تواند تصادفی باشد.

نظریه استیون هاوکینگ در مورد منشاء جهان همچنین تبخیر تدریجی سیاهچاله ها، از دست دادن انرژی آنها و انتشار تشعشعات هاوکینگ را فراهم می کند.

در نتیجه جستجوی شواهد، بیش از 40 ویژگی شناسایی و تأیید شد که رعایت آنها برای توسعه تمدن ضروری است. هیو راس، اخترفیزیکدان آمریکایی، احتمال وقوع چنین تصادفی غیرعمدی را تخمین زد. نتیجه عدد 10 -53 شد.

جهان ما شامل یک تریلیون کهکشان است که هر کدام 100 میلیارد ستاره دارند. طبق محاسبات دانشمندان، تعداد کل سیارات باید 1020 باشد. این رقم 33 مرتبه کوچکتر از مقدار محاسبه شده قبلی است. در نتیجه، هیچ یک از سیارات در همه کهکشان ها نمی توانند شرایطی را ترکیب کنند که برای ظهور خود به خودی حیات مناسب باشد.

نظریه انفجار بزرگ: پیدایش جهان از یک ذره ناچیز

دانشمندانی که از نظریه انفجار بزرگ حمایت می کنند، این فرضیه را به اشتراک می گذارند که جهان نتیجه یک انفجار بزرگ است. فرض اصلی این نظریه این است که قبل از این رویداد، تمام عناصر جهان کنونی در ذره ای محصور شده بودند که ابعاد میکروسکوپی داشت. در حالی که در داخل آن، عناصر با یک حالت منفرد مشخص می شدند که در آن شاخص هایی مانند دما، چگالی و فشار قابل اندازه گیری نبودند. آنها بی پایان هستند. ماده و انرژی در این حالت تحت تأثیر قوانین فیزیک قرار نمی گیرند.

آنچه در 15 میلیارد سال پیش رخ داده است، ناپایداری است که در داخل ذره ایجاد شده است. کوچکترین عناصر پراکنده پایه و اساس دنیایی را که امروز می شناسیم ایجاد کردند.

در ابتدا، جهان یک سحابی بود که توسط ذرات ریز (کوچکتر از یک اتم) تشکیل شده بود. سپس، هنگامی که با هم ترکیب شدند، اتم هایی را تشکیل دادند که به عنوان پایه کهکشان های ستاره ای عمل کردند. پاسخ به سؤالاتی در مورد آنچه قبل از انفجار رخ داده است و همچنین آنچه باعث آن شده است، مهمترین وظایف این نظریه مبدأ کیهان است.

جدول به صورت شماتیک مراحل شکل گیری جهان پس از انفجار بزرگ را نشان می دهد.

همانطور که از داده های بالا بر می آید، جهان به انبساط و سرد شدن ادامه می دهد.

افزایش ثابت در فاصله بین کهکشان ها فرض اصلی است: آنچه نظریه انفجار بزرگ را متمایز می کند. پیدایش کیهان از این طریق را می توان با شواهدی که یافت شد تایید کرد. دلایلی نیز برای رد آن وجود دارد.

مشکلات نظریه

با توجه به اینکه نظریه انفجار بزرگ در عمل اثبات نشده است، جای تعجب نیست که چندین سوال وجود دارد که قادر به پاسخگویی به آنها نیست:

1. تکینگی. این کلمه نشان دهنده وضعیت جهان است که در یک نقطه فشرده شده است. مشکل نظریه انفجار بزرگ عدم ​​امکان توصیف فرآیندهای رخ داده در ماده و فضا در چنین حالتی است. قانون نسبیت عام در اینجا کاربرد ندارد، بنابراین نمی توان یک توصیف ریاضی و معادلات برای مدل سازی ایجاد کرد.
   عدم امکان اساسی دستیابی به پاسخ به سؤال در مورد وضعیت اولیه کیهان، این نظریه را از همان ابتدا بی اعتبار می کند. نمایش‌های غیرداستانی او معمولاً این پیچیدگی را گذراً محو می‌کنند یا فقط به آن اشاره می‌کنند. با این حال، برای دانشمندانی که برای ارائه یک پایه ریاضی برای نظریه انفجار بزرگ تلاش می کنند، این مشکل به عنوان یک مانع بزرگ شناخته می شود.
2. ستاره شناسی. در این زمینه، نظریه انفجار بزرگ با این واقعیت مواجه است که نمی تواند روند پیدایش کهکشان ها را توصیف کند. بر اساس نسخه های مدرن نظریه ها، می توان پیش بینی کرد که چگونه یک ابر همگن گاز ظاهر می شود. در عین حال، چگالی آن در حال حاضر باید حدود یک اتم در هر متر مکعب باشد. برای بدست آوردن چیزی بیشتر، نمی توان بدون تنظیم وضعیت اولیه کیهان انجام داد. فقدان اطلاعات و تجربه عملی در این زمینه به موانع جدی برای مدل سازی بیشتر تبدیل می شود.

همچنین بین جرم محاسبه‌شده کهکشان ما و داده‌های به‌دست‌آمده از مطالعه سرعت جذب کهکشان ما اختلاف وجود دارد.

کیهان شناسی و فیزیک کوانتومی

امروزه هیچ نظریه کیهانی وجود ندارد که بر مکانیک کوانتومی تکیه نداشته باشد. از این گذشته، به توصیف رفتار فیزیک اتمی و کوانتومی می پردازد.تفاوت بین فیزیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک (که توسط نیوتن توضیح داده شد) در این است که دومی اشیاء مادی را مشاهده و توصیف می کند، در حالی که اولی یک توصیف منحصراً ریاضی را فرض می کند. خود مشاهده و اندازه گیری برای فیزیک کوانتومی، ارزش های مادی موضوع تحقیق را نشان نمی دهند، در اینجا خود ناظر به عنوان بخشی از وضعیت مورد مطالعه عمل می کند.

بر اساس این ویژگی ها، مکانیک کوانتومی در توصیف جهان مشکل دارد، زیرا ناظر بخشی از جهان است. با این حال، صحبت از ظهور جهان، غیرممکن است که افراد خارجی را تصور کنیم. تلاش برای توسعه یک مدل بدون مشارکت ناظر خارجی با نظریه کوانتومی منشاء جهان توسط جی. ویلر تاج گذاری شد.

ماهیت آن این است که در هر لحظه از زمان شکافتن جهان و تشکیل تعداد نامحدودی از کپی ها وجود دارد. در نتیجه، هر یک از جهان های موازی را می توان مشاهده کرد و ناظران می توانند همه جایگزین های کوانتومی را ببینند. در عین حال، دنیای اصلی و جدید واقعی هستند.

مدل تورم

وظیفه اصلی که نظریه تورم برای حل آن فراخوانده شده است، جستجوی پاسخی برای سؤالاتی است که توسط نظریه انفجار بزرگ و نظریه انبساط ناشناخته مانده است. برای مثال:

1. چرا جهان در حال انبساط است؟
2. انفجار بزرگ چیست؟

برای این منظور، نظریه تورمی مبدأ جهان، برون یابی انبساط را به نقطه صفر در زمان، پایان کل جرم جهان در یک نقطه و تشکیل یک تکینگی کیهانی را ارائه می دهد، که اغلب چنین است. از آن به عنوان انفجار بزرگ یاد می شود.

بی ربط بودن نظریه نسبیت عام، که در حال حاضر قابل اعمال نیست، آشکار می شود. در نتیجه، تنها روش‌های نظری، محاسبات و نتیجه‌گیری را می‌توان برای توسعه یک نظریه عمومی‌تر (یا «فیزیک جدید») و حل مشکل تکینگی کیهانی به کار برد.

نظریه های جایگزین جدید

با وجود موفقیت مدل تورم کیهانی، دانشمندانی هستند که با آن مخالف هستند و آن را غیرقابل دفاع می‌دانند. بحث اصلی آنها انتقاد از راه حل های ارائه شده توسط این نظریه است. مخالفان استدلال می‌کنند که راه‌حل‌های به‌دست‌آمده برخی از جزئیات را حذف می‌کنند، به عبارت دیگر، به‌جای حل مشکل مقادیر اولیه، نظریه فقط به طرز ماهرانه‌ای آن‌ها را پوشش می‌دهد.

یک جایگزین چند نظریه عجیب و غریب است که ایده آنها بر اساس شکل گیری مقادیر اولیه قبل از انفجار بزرگ است. نظریه های جدید منشأ جهان را می توان به طور خلاصه به شرح زیر توصیف کرد:

• نظریه ریسمان. طرفداران آن، علاوه بر چهار بعد معمول مکان و زمان، پیشنهاد می کنند که ابعاد دیگری نیز معرفی کنند. آنها می توانند در مراحل اولیه کیهان نقش داشته باشند و در حال حاضر در حالت فشرده باشند. دانشمندان در پاسخ به این سؤال که دلیل فشرده شدن آنها چیست، پاسخی ارائه می دهند که خاصیت ابررشته ها T-duality است. بنابراین، رشته ها در ابعاد اضافی "زخم" می شوند و اندازه آنها محدود است.
• نظریه بران. به آن نظریه M نیز می گویند. مطابق با فرضیه های آن، در ابتدای شکل گیری کیهان، فضا-زمان پنج بعدی ایستا سرد وجود دارد. چهار مورد از آنها (فضایی) دارای محدودیت یا دیوار - سه بران هستند. فضای ما یکی از دیوارهاست و دومی پنهان. سه بران سوم در فضای چهار بعدی قرار دارد که توسط دو بران مرزی محدود شده است. این تئوری در نظر می گیرد که بران سوم با ما برخورد می کند و مقدار زیادی انرژی آزاد می کند. این شرایط است که برای ظهور انفجار بزرگ مساعد می شود.

1. نظریه‌های چرخه‌ای منحصربه‌فرد بودن انفجار بزرگ را انکار می‌کنند و استدلال می‌کنند که جهان از حالتی به حالت دیگر می‌رود. بر اساس قانون دوم ترمودینامیک مشکل چنین نظریه هایی افزایش آنتروپی است. در نتیجه، مدت چرخه های قبلی کوتاه تر بود و دمای ماده به طور قابل توجهی بالاتر از زمان انفجار بزرگ بود. احتمال این بسیار کم است.

مهم نیست که چه تعداد نظریه در مورد منشاء جهان وجود دارد، تنها دو مورد از آنها امتحان زمان را پس داده اند و بر مشکل آنتروپی روزافزون غلبه کرده اند. آنها توسط دانشمندان Steinhardt-Turok و Baum-Frampton ساخته شدند.

این نظریه های نسبتاً جدید در مورد منشأ جهان در دهه 80 قرن گذشته مطرح شد. آنها پیروان زیادی دارند که بر اساس آن مدل هایی را توسعه می دهند، به دنبال شواهدی از قابلیت اطمینان می گردند و برای از بین بردن تضادها تلاش می کنند.

نظریه ریسمان

یکی از محبوب ترین نظریه های منشاء جهان - قبل از شروع به شرح ایده آن، لازم است مفاهیم یکی از نزدیک ترین رقبا، مدل استاندارد را درک کنید. فرض بر این است که ماده و فعل و انفعالات را می توان به عنوان مجموعه خاصی از ذرات توصیف کرد که به چند گروه تقسیم می شوند:

• کوارک ها
• لپتون ها
• بوزون ها

این ذرات در واقع اجزای سازنده جهان هستند، زیرا آنقدر کوچک هستند که نمی توان آنها را به اجزاء تقسیم کرد.

یکی از ویژگی های بارز نظریه ریسمان این ادعا است که چنین آجرهایی ذرات نیستند، بلکه رشته های فوق میکروسکوپی هستند که نوسان می کنند. در این حالت، با نوسان در فرکانس‌های مختلف، رشته‌ها به آنالوگ ذرات مختلف توصیف‌شده در مدل استاندارد تبدیل می‌شوند.

برای درک این نظریه، باید متوجه شد که ریسمان ها هیچ ماده ای نیستند، آنها انرژی هستند. بنابراین، نظریه ریسمان نتیجه می گیرد که تمام عناصر جهان از انرژی تشکیل شده اند.

آتش تشبیه خوبی است. وقتی به آن نگاه می‌کند، تصور مادی بودن آن به وجود می‌آید، اما نمی‌توان به آن دست زد.

کیهان شناسی برای دانش آموزان

تئوری های مبدأ کیهان به طور خلاصه در مدارس در کلاس های نجوم مطالعه می شود. به دانش آموزان تئوری های اساسی در مورد چگونگی شکل گیری جهان ما، آنچه که اکنون برای آن اتفاق می افتد و چگونه در آینده توسعه خواهد یافت، آموزش داده می شود.

هدف از این درس ها آشنایی کودکان با ماهیت تشکیل ذرات بنیادی، عناصر شیمیایی و اجرام آسمانی است. نظریه های منشأ جهان برای کودکان به ارائه نظریه انفجار بزرگ خلاصه می شود. معلمان از مواد بصری استفاده می کنند: اسلایدها، جداول، پوسترها، تصاویر. وظیفه اصلی آنها بیدار کردن علاقه کودکان به دنیایی است که آنها را احاطه کرده است.

به گفته فیزیکدانان نظری، جهان به هیچ وجه در نتیجه انفجار بزرگ ایجاد نشده است، بلکه در نتیجه تبدیل یک ستاره چهار بعدی به یک سیاهچاله است که باعث انتشار "زباله" شده است. این زباله است که اساس جهان ما شد.

گروهی از فیزیکدانان - راضیه پورحسن، نیش افشوردی و رابرت بی. مان - نظریه کاملاً جدیدی در مورد تولد جهان ما ارائه کردند. با همه پیچیدگی هایش، این نظریه بسیاری از نکات مشکل ساز در دیدگاه مدرن جهان را توضیح می دهد.

نظریه عمومی پذیرفته شده ظهور کیهان از نقش کلیدی در این فرآیند انفجار بزرگ صحبت می کند. این نظریه با تصویر مشاهده شده از انبساط کیهان مطابقت دارد. با این حال، او برخی از مناطق مشکل دارد. بنابراین، کاملاً مشخص نیست، برای مثال، چگونه تکینگی جهان را با دمای تقریباً یکسان در نقاط مختلف ایجاد کرده است. با در نظر گرفتن سن جهان ما - حدود 13.8 میلیارد سال - دستیابی به تعادل دمایی مشاهده شده غیرممکن است.

بسیاری از کیهان شناسان استدلال می کنند که انبساط جهان باید سریعتر از سرعت نور بوده باشد، اما افشوردی به تصادفی بودن بیگ بنگ اشاره می کند، بنابراین مشخص نیست که چگونه منطقه ای با این اندازه یا آن اندازه و دما یکنواخت می تواند تشکیل شود.

مدل جدیدی از مبدأ جهان این راز را توضیح می دهد. جهان سه بعدی در مدل جدید مانند غشایی در یک جهان چهار بعدی شناور است. در واقع کیهان یک جسم فیزیکی چند بعدی با ابعادی کمتر از بعد فضا است.

در یک جهان 4 بعدی، البته، ستارگان 4 بعدی وجود دارند که می توانند در طول چرخه حیاتی که ستارگان سه بعدی در جهان ما دارند، زندگی کنند. ستارگان چهار بعدی که پرجرم ترین هستند و در پایان عمر خود در ابرنواخترها منفجر می شوند، به سیاهچاله تبدیل خواهند شد.

یک سیاهچاله چهار بعدی به نوبه خود افق رویدادی مشابه سیاهچاله های سه بعدی دارد. افق رویداد مرز بین داخل سیاهچاله و بیرون است. در یک جهان سه بعدی، این افق رویداد به عنوان یک سطح دو بعدی نشان داده می شود، در حالی که در یک جهان چهار بعدی به عنوان یک ابرکره سه بعدی نشان داده می شود.

بنابراین، هنگامی که یک ستاره چهار بعدی منفجر می شود، از مواد باقیمانده در افق رویداد، یک بران سه بعدی تشکیل می شود، یعنی کیهان شبیه جهان ما است. مدلی بسیار غیرمعمول برای تصور انسان می‌تواند به این سوال پاسخ دهد که چرا جهان تقریباً دمای یکسانی دارد: کیهان چهار بعدی که جهان سه‌بعدی را به وجود آورد، بسیار بیشتر از 13.8 میلیارد سال وجود داشته است.

از دیدگاه فردی که عادت دارد جهان هستی را به عنوان فضایی عظیم و نامتناهی نشان دهد، درک نظریه جدید آسان نیست. درک اینکه جهان ما شاید فقط یک آشفتگی محلی است، "برگی روی یک حوض" از یک حفره چهار بعدی باستانی با ابعاد بسیار دشوار است.