Nowa teoria środowiska wszechświata. Teorie powstania wszechświata. Ile jest teorii na temat pochodzenia wszechświata? Teoria Wielkiego Wybuchu: Pochodzenie Wszechświata. Religijna teoria powstania wszechświata. Kosmologia i fizyka kwantowa

Przedstawiamy Wam zupełnie nowe spojrzenie na pochodzenie Wszechświata, opracowane przez grupę fizyków teoretycznych z University of Indiana i zaprezentowane przez Nikodima Poplavsky'ego, pracownika tej uczelni.
Każda czarna dziura zawiera nowy wszechświat, nasz nie jest wyjątkiem, istnieje również wewnątrz czarnej dziury. Takie stwierdzenie może wydawać się dziwne, ale to właśnie założenie najlepiej wyjaśnia narodziny Wszechświata i przebieg wszystkich procesów, które dzisiaj obserwujemy.
Standardowa teoria Wielkiego Wybuchu nie daje odpowiedzi na wiele pytań. Sugeruje to, że Wszechświat rozpoczął się jako „osobliwość” nieskończenie małego punktu zawierającego nieskończenie wysokie stężenie materii rozszerzającej swój rozmiar do stanu, który obserwujemy dzisiaj. Teoria inflacji, superszybkiej ekspansji kosmosu, oczywiście odpowiada na wiele pytań, np. dlaczego to nie duże kawałki skoncentrowanej materii na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata połączyły się w wielkie ciała niebieskie: galaktyki i gromady galaktyk. Ale wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Na przykład: co zaczęło się po Wielkim Wybuchu? Co spowodowało Wielki Wybuch? Jakie jest źródło tajemniczej ciemnej energii, która pochodzi spoza granic Wszechświata?
Teoria, że ​​nasz wszechświat jest całkowicie wewnątrz czarnej dziury, dostarcza odpowiedzi na te i wiele innych pytań. Wyklucza pojęcie fizycznie niemożliwych cech naszego wszechświata. I opiera się na dwóch centralnych teoriach fizyki.
Po pierwsze, jest to ogólna teoria względności, nowoczesna teoria grawitacji. Opisuje wszechświat na dużą skalę. Każde wydarzenie we Wszechświecie jest uważane za punkt w przestrzeni, czasie i czasoprzestrzeni. Masywne obiekty, takie jak Słońce, zniekształcają lub tworzą „krzywe” czasoprzestrzeni porównywalne z kulą do kręgli spoczywającą na zawieszonym płótnie. Wgniecenie grawitacyjne Słońca zmienia ruch Ziemi i innych krążących wokół niej planet. Przyciąganie planet przez Słońce jawi się nam jako siła grawitacji.
Drugie prawo mechaniki kwantowej, na którym opiera się nowa teoria, opisuje Wszechświat w najmniejszych skalach, takich jak atom i inne cząstki elementarne.
Obecnie fizycy dążą do połączenia mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności w jedną teorię „kwantowej grawitacji”, aby adekwatnie opisać najważniejsze zjawiska naturalne, w tym zachowanie cząstek subatomowych w czarnych dziurach.
W latach sześćdziesiątych adaptację ogólnej teorii względności w celu uwzględnienia efektów mechaniki kwantowej nazwano teorią grawitacji Einsteina-Cartona-Sciamy-Kibble'a. Nie tylko stanowi nowy krok w kierunku zrozumienia grawitacji kwantowej, ale także tworzy alternatywny obraz świata. Ta odmiana ogólnej teorii względności obejmuje ważną właściwość kwantową matki znaną jako SPINOM.
Najmniejsze cząstki, takie jak atomy i elektrony, mają SPINOM, czyli wewnętrzny moment pędu, podobny do obrotu łyżwiarza na lodzie. Na tym zdjęciu SPIN cząstek oddziałuje z czasoprzestrzenią i nadaje jej właściwość zwaną „skręcaniem”. Aby zrozumieć to skręcanie, pomyśl o przestrzeni nie jako o dwuwymiarowym płótnie, ale jako o elastycznym jednowymiarowym pręcie. Wygięcie pręta odpowiada skręceniu czasowo-przestrzennemu. Jeśli pręt jest cienki, można go przekręcić, ale trudno stwierdzić, czy jest skręcony, czy nie.
Skręcenie przestrzeni powinno być zauważalne, a raczej bardzo znaczące na wczesnym etapie powstania Wszechświata lub w czarnej dziurze. W tych ekstremalnych warunkach skręcenie czasoprzestrzeni powinno objawiać się jako siła odpychająca lub grawitacja dla obiektów znajdujących się najbliżej krzywizny czasoprzestrzeni.
Podobnie jak w przypadku standardowej wersji ogólnej teorii względności, bardzo masywne gwiazdy wpadają w czarne dziury: obszary przestrzeni, z których nic, nawet światło, nie może uciec.
Oto, jaką rolę może odegrać proces skręcania w początkowym momencie narodzin wszechświata:
Początkowo przyciąganie grawitacyjne zakrzywionej przestrzeni umożliwi przekształcenie skręcania w siłę odpychającą, prowadzącą do zaniku materii w mniejszych obszarach przestrzeni. Ale wtedy proces skręcania staje się bardzo silny, zamieniając się w punkt o nieskończonej gęstości, osiągając stan niezwykle dużej, ale skończonej gęstości. Ponieważ energię można przekształcić w masę, bardzo wysoka energia grawitacyjna w tym niezwykle gęstym stanie może powodować intensywne tworzenie cząstek, co znacznie zwiększa masę wewnątrz czarnej dziury.
Rosnąca liczba cząstek z SPIN prowadzi do wyższego poziomu skręcenia czasoprzestrzennego. Odpychający moment skręcający może zatrzymać zapadanie się materii i stworzyć efekt „dużego odbicia” przypominającego wcześniej wylatującą z wody piłkę, co doprowadzi do procesu rozszerzania się wszechświata. W wyniku tego obserwujemy odpowiadające temu zjawisku procesy rozkładu masy, kształtu i geometrii wszechświata.
Z kolei mechanizm torsyjny oferuje niesamowity scenariusz, na podstawie którego każda czarna dziura jest w stanie wytworzyć w sobie nowy, młody Wszechświat.
W ten sposób nasz własny wszechświat może znajdować się w czarnej dziurze znajdującej się w innym wszechświecie.
Tak jak nie możemy zobaczyć, co dzieje się wewnątrz czarnej dziury, żaden obserwator w macierzystym wszechświecie nie może zobaczyć, co dzieje się w naszym świecie.
Ruch materii przez granicę czarnej dziury nazywany jest „horyzontem zdarzeń” i zachodzi tylko w jednym kierunku, zapewniając kierunek wektora czasu, który postrzegamy jako ruch do przodu.
Strzałę czasu w naszym Wszechświecie odziedziczyliśmy po Wszechświecie macierzystym, poprzez proces skręcania.
Skręcanie może również wyjaśnić zaobserwowany brak równowagi między materią a antymaterią we wszechświecie. Wreszcie, proces skręcania może być źródłem ciemnej energii, tajemniczej formy energii, która przenika całą naszą przestrzeń, zwiększając tempo ekspansji wszechświata. Skręcająca się geometria wytwarza „stałą kosmologiczną”, która rozciąga się na siły zewnętrzne i jest najprostszym sposobem wyjaśnienia istnienia ciemnej energii. Zatem obserwowana przyspieszająca ekspansja Wszechświata może być najsilniejszym dowodem na proces skręcania.
Twisting zapewnia zatem teoretyczną podstawę scenariusza, w którym w każdej czarnej dziurze istnieje nowy wszechświat. Ten scenariusz działa również jako sposób na rozwiązanie kilku głównych problemów współczesnej teorii grawitacji i kosmologii, chociaż fizycy wciąż muszą połączyć mechanikę kwantową Einsteina-Cartona-Sciamy-Kibble'a z kwantową teorią grawitacji.
Tymczasem nowe rozumienie procesów kosmicznych rodzi inne ważne pytania. Na przykład, co wiemy o macierzystym wszechświecie i czarnej dziurze, która zawiera nasz własny wszechświat? Ile mamy warstw wszechświata macierzystego? Jak możemy sprawdzić, czy nasz wszechświat znajduje się w czarnej dziurze?
Potencjalnie te ostatnie pytania można zbadać, ponieważ wszystkie gwiazdy i czarne dziury obracają się, nasz Wszechświat powinien odziedziczyć oś obrotu macierzystego Wszechświata jako „preferowany kierunek”.
Niedawny przegląd 15 000 galaktyk na jednej półkuli wszechświata wykazał, że są one „lewe”, to znaczy obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, podczas gdy na drugiej półkuli galaktyki są „w prawo” lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Ale to odkrycie wciąż wymaga refleksji. W każdym razie jest teraz jasne, że proces skręcania geometrii czasoprzestrzeni jest właściwym krokiem w kierunku udanej teorii kosmologii.

Wielkość i różnorodność otaczającego świata może zadziwić każdą wyobraźnię. Wszystkie przedmioty i przedmioty otaczające osobę, innych ludzi, różne rodzaje roślin i zwierząt, cząstki, które można zobaczyć tylko pod mikroskopem, a także niezrozumiałe gromady gwiazd: wszystkie są zjednoczone pojęciem „Wszechświata”.

Teorie powstania wszechświata były opracowywane przez człowieka od dawna. Mimo braku nawet początkowej koncepcji religii czy nauki, w dociekliwych umysłach starożytnych ludzi pojawiły się pytania o zasady porządku światowego oraz o pozycję człowieka w otaczającej go przestrzeni. Trudno zliczyć, ile teorii o pochodzeniu Wszechświata istnieje dzisiaj, niektóre z nich są badane przez czołowych naukowców światowej sławy, inne są po prostu fantastyczne.

Kosmologia i jej przedmiot

Współczesna kosmologia - nauka o budowie i rozwoju wszechświata - za jedną z najciekawszych i wciąż niedostatecznie zbadanych zagadek uważa kwestię jego powstania. Charakter procesów, które przyczyniły się do powstania gwiazd, galaktyk, układów słonecznych i planet, ich rozwój, źródło powstania Wszechświata, a także jego wielkość i granice: to tylko krótka lista badanych zagadnień przez współczesnych naukowców.

Poszukiwanie odpowiedzi na fundamentalną zagadkę powstawania świata doprowadziło do tego, że istnieją dziś różne teorie powstania, istnienia, rozwoju Wszechświata. Podekscytowanie specjalistów poszukujących odpowiedzi, budujących i testujących hipotezy jest uzasadnione, bo wiarygodna teoria narodzin Wszechświata ujawni całej ludzkości prawdopodobieństwo istnienia życia w innych układach i planetach.

Teorie powstania Wszechświata mają charakter koncepcji naukowych, indywidualnych hipotez, nauk religijnych, idei filozoficznych i mitów. Wszystkie są warunkowo podzielone na dwie główne kategorie:

1. Teorie, według których wszechświat został stworzony przez stwórcę. Innymi słowy, ich istotą jest to, że proces tworzenia Wszechświata był świadomym i uduchowionym działaniem, przejawem woli
2. Teorie powstania Wszechświata zbudowane na podstawie czynników naukowych. Ich postulaty kategorycznie odrzucają zarówno istnienie twórcy, jak i możliwość świadomego tworzenia świata. Takie hipotezy często opierają się na tak zwanej zasadzie przeciętności. Sugerują prawdopodobieństwo życia nie tylko na naszej planecie, ale także na innych.

Kreacjonizm – teoria stworzenia świata przez Stwórcę

Jak sama nazwa wskazuje, kreacjonizm (kreacja) jest religijną teorią powstania wszechświata. Ten światopogląd oparty jest na koncepcji stworzenia Wszechświata, planety i człowieka przez Boga lub Stwórcę.

Idea ta dominowała przez długi czas, aż do końca XIX wieku, kiedy przyspieszył proces gromadzenia wiedzy z różnych dziedzin nauki (biologii, astronomii, fizyki) i upowszechniła się teoria ewolucji. Kreacjonizm stał się rodzajem reakcji chrześcijan wyznających konserwatywne poglądy na dokonywane odkrycia. Dominująca idea w tym czasie tylko zwiększyła sprzeczności, które istniały między teoriami religijnymi i innymi teoriami.

Jaka jest różnica między teoriami naukowymi a religijnymi?

Główne różnice między teoriami różnych kategorii tkwią przede wszystkim w terminach używanych przez ich zwolenników. A więc w hipotezach naukowych zamiast stwórcy - natura, a zamiast stworzenia - pochodzenie. Wraz z tym pojawiają się pytania, które są podobnie ujęte w różnych teoriach lub nawet całkowicie zduplikowane.

Teorie powstania wszechświata, należące do przeciwstawnych kategorii, datują samo jego pojawienie się na różne sposoby. Na przykład, zgodnie z najpowszechniejszą hipotezą (teorią Wielkiego Wybuchu), Wszechświat powstał około 13 miliardów lat temu.

Natomiast religijna teoria powstania wszechświata podaje zupełnie inne liczby:

• Według źródeł chrześcijańskich wiek wszechświata stworzonego przez Boga w momencie narodzin Jezusa Chrystusa wynosił 3483-6984 lata.
• Hinduizm sugeruje, że nasz świat ma około 155 bilionów lat.

Kant i jego model kosmologiczny

Do XX wieku większość naukowców uważała, że ​​wszechświat jest nieskończony. Ta cecha charakteryzowała czas i przestrzeń. Ponadto, ich zdaniem, Wszechświat był statyczny i jednolity.

Ideę nieskończoności wszechświata w przestrzeni przedstawił Izaak Newton. W rozwój tego założenia był zaangażowany także kto rozwinął teorię o braku ograniczeń czasowych. Idąc dalej, w założeniach teoretycznych Kant rozszerzył nieskończoność wszechświata o liczbę możliwych produktów biologicznych. Ten postulat sprawił, że w warunkach starożytnego i rozległego świata, bez końca i początku, może istnieć niezliczona ilość możliwych opcji, w wyniku których pojawienie się dowolnego gatunku biologicznego jest realne.

Opierając się na możliwym pojawieniu się form życia, później rozwinęła się teoria Darwina. Obserwacje gwiaździstego nieba i wyniki obliczeń astronomów potwierdziły kosmologiczny model Kanta.

Refleksje Einsteina

Na początku XX wieku Albert Einstein opublikował swój własny model wszechświata. Zgodnie z jego teorią względności we Wszechświecie jednocześnie zachodzą dwa przeciwstawne procesy: rozszerzanie i kurczenie. Zgodził się jednak z opinią większości naukowców o stacjonarności Wszechświata, wprowadził więc pojęcie kosmicznej siły odpychającej. Jego oddziaływanie ma na celu zrównoważenie przyciągania gwiazd i zatrzymanie procesu ruchu wszystkich ciał niebieskich w celu utrzymania statycznej natury Wszechświata.

Model Wszechświata – według Einsteina – ma określoną wielkość, ale nie ma granic. Taka kombinacja jest możliwa tylko wtedy, gdy przestrzeń jest zakrzywiona w taki sposób, jak występuje w sferze.

Cechy przestrzeni takiego modelu to:

• Trójwymiarowość.
• Zamknięcie się.
• Jednorodność (brak środka i krawędzi), w której galaktyki są równomiernie rozmieszczone.

A. A. Fridman: Wszechświat się rozszerza

Twórca rewolucyjnego, rozszerzającego się modelu Wszechświata A. A. Fridman (ZSRR) zbudował swoją teorię na podstawie równań charakteryzujących ogólną teorię względności. To prawda, że ​​ogólnie przyjęta opinia w ówczesnym świecie naukowym była statycznym charakterem naszego świata, dlatego nie zwrócono należytej uwagi na jego pracę.

Kilka lat później astronom Edwin Hubble dokonał odkrycia, które potwierdziło idee Friedmana. Odkryto usuwanie galaktyk z pobliskiej Drogi Mlecznej. Jednocześnie fakt, że prędkość ich ruchu jest proporcjonalna do odległości między nimi a naszą galaktyką, stał się niepodważalny.

To odkrycie tłumaczy ciągłe „cofanie się” gwiazd i galaktyk względem siebie, co prowadzi do wniosku o rozszerzaniu się wszechświata.

Ostatecznie konkluzje Friedmana zostały uznane przez Einsteina, który następnie wspomniał o zasługach sowieckiego naukowca jako założyciela hipotezy ekspansji Wszechświata.

Nie można powiedzieć, że między tą teorią a ogólną teorią względności istnieją sprzeczności, jednak wraz z rozszerzaniem się Wszechświata musiał istnieć początkowy impuls, który wywołał rozpraszanie gwiazd. Przez analogię do wybuchu pomysł nazwano „Wielkim Wybuchem”.

Stephen Hawking i zasada antropiczna

Wynikiem obliczeń i odkryć Stephena Hawkinga była antropocentryczna teoria powstania wszechświata. Jej twórca twierdzi, że istnienie planety tak dobrze przygotowanej do życia człowieka nie może być przypadkowe.

Teoria powstania Wszechświata Stephena Hawkinga przewiduje również stopniowe parowanie czarnych dziur, utratę ich energii oraz emisję promieniowania Hawkinga.

W wyniku poszukiwań dowodów zidentyfikowano i zweryfikowano ponad 40 cech, których przestrzeganie jest niezbędne dla rozwoju cywilizacji. Amerykański astrofizyk Hugh Ross oszacował prawdopodobieństwo takiego niezamierzonego zbiegu okoliczności. Rezultatem była liczba 10 -53.

Nasz wszechświat zawiera bilion galaktyk, z których każda ma 100 miliardów gwiazd. Według obliczeń naukowców łączna liczba planet powinna wynosić 10 20. Ta liczba jest o 33 rzędy wielkości mniejsza niż poprzednio obliczona. W konsekwencji żadna z planet we wszystkich galaktykach nie może połączyć warunków, które byłyby odpowiednie do spontanicznego powstania życia.

Teoria Wielkiego Wybuchu: powstanie wszechświata z nieistotnej cząstki

Naukowcy popierający teorię Wielkiego Wybuchu podzielają hipotezę, że wszechświat jest wynikiem Wielkiego Wybuchu. Głównym postulatem teorii jest twierdzenie, że przed tym wydarzeniem wszystkie elementy obecnego Wszechświata były zamknięte w cząsteczce o mikroskopijnych wymiarach. W jego wnętrzu elementy charakteryzowały się osobliwym stanem, w którym nie można było zmierzyć takich wskaźników jak temperatura, gęstość i ciśnienie. Są nieskończone. W tym stanie materia i energia nie podlegają prawom fizyki.

To, co wydarzyło się 15 miliardów lat temu, nazywa się niestabilnością, która powstała wewnątrz cząstki. Rozrzucone najmniejsze elementy położyły podwaliny pod świat, który znamy dzisiaj.

Na początku Wszechświat był mgławicą utworzoną z maleńkich cząstek (mniejszych od atomu). Następnie, po połączeniu, utworzyły atomy, które służyły jako podstawa galaktyk gwiezdnych. Odpowiedzi na pytania o to, co wydarzyło się przed wybuchem, a także co go spowodowało, to najważniejsze zadania tej teorii powstania Wszechświata.

Tabela schematycznie przedstawia etapy powstawania wszechświata po Wielkim Wybuchu.

Jak wynika z powyższych danych, wszechświat nadal się rozszerza i ochładza.

Stały wzrost odległości między galaktykami to główny postulat: to, co wyróżnia teorię Wielkiego Wybuchu. Powstanie wszechświata w ten sposób potwierdzają znalezione dowody. Są też podstawy do jego obalenia.

Problemy teorii

Biorąc pod uwagę, że teoria Wielkiego Wybuchu nie jest sprawdzona w praktyce, nie dziwi fakt, że istnieje kilka pytań, na które nie jest w stanie odpowiedzieć:

1. Osobliwość. To słowo oznacza stan wszechświata skompresowany do jednego punktu. Problemem teorii Wielkiego Wybuchu jest niemożność opisania procesów zachodzących w materii i przestrzeni w takim stanie. Ogólne prawo względności nie ma tu zastosowania, więc niemożliwe jest wykonanie opisu matematycznego i równań do modelowania.
   Fundamentalna niemożność uzyskania odpowiedzi na pytanie o stan początkowy Wszechświata od początku dyskredytuje teorię. Jej ekspozycje non-fiction mają tendencję do przemilczania lub wspominania o tej złożoności mimochodem. Jednak dla naukowców pracujących nad stworzeniem matematycznych podstaw teorii Wielkiego Wybuchu ta trudność jest uznawana za główną przeszkodę.
2. Astronomia. W tym obszarze teoria Wielkiego Wybuchu staje w obliczu faktu, że nie jest w stanie opisać procesu powstawania galaktyk. Na podstawie współczesnych wersji teorii można przewidzieć, jak pojawi się jednorodna chmura gazu. Jednocześnie jego gęstość powinna teraz wynosić około jednego atomu na metr sześcienny. Aby uzyskać coś więcej, nie można obejść się bez dostosowania początkowego stanu Wszechświata. Brak informacji i praktycznego doświadczenia w tym zakresie staje się poważną przeszkodą w dalszym modelowaniu.

Istnieje również rozbieżność między obliczoną masą naszej galaktyki a danymi uzyskanymi podczas badania prędkości jej przyciągania do Oceniając wszystko, waga naszej galaktyki jest dziesięć razy większa niż wcześniej sądzono.

Kosmologia i fizyka kwantowa

Dziś nie ma teorii kosmologicznych, które nie opierają się na mechanice kwantowej. W końcu zajmuje się opisem zachowania fizyki atomowej i kwantowej.Różnica między fizyką kwantową a fizyką klasyczną (wykładaną przez Newtona) polega na tym, że ta druga obserwuje i opisuje obiekty materialne, podczas gdy pierwsza zakłada wyłącznie matematyczny opis sama obserwacja i pomiar. W przypadku fizyki kwantowej wartości materialne nie stanowią przedmiotu badań, tutaj sam obserwator działa w ramach badanej sytuacji.

W oparciu o te cechy mechanika kwantowa ma trudności z opisaniem wszechświata, ponieważ obserwator jest częścią wszechświata. Mówiąc jednak o powstaniu wszechświata, nie sposób wyobrazić sobie obcych. Próby opracowania modelu bez udziału obserwatora z zewnątrz zostały zwieńczone kwantową teorią powstania Wszechświata J. Wheelera.

Jego istotą jest to, że w każdym momencie następuje rozszczepienie Wszechświata i powstanie nieskończonej liczby kopii. W rezultacie każdy z równoległych Wszechświatów może być obserwowany, a obserwatorzy mogą zobaczyć wszystkie alternatywy kwantowe. Jednocześnie świat oryginalny i nowy są prawdziwe.

model inflacji

Głównym zadaniem, jakie ma rozwiązać teoria inflacji, jest poszukiwanie odpowiedzi na pytania, które pozostały niezbadane przez teorię Wielkiego Wybuchu i teorię ekspansji. Mianowicie:

1. Dlaczego wszechświat się rozszerza?
2. Czym jest wielki wybuch?

W tym celu inflacyjna teoria powstania wszechświata przewiduje ekstrapolację ekspansji do punktu zerowego w czasie, konkluzję całej masy wszechświata w jednym punkcie i powstanie kosmologicznej osobliwości, która często występuje dalej Wielki Wybuch.

Oczywista staje się nieistotność ogólnej teorii względności, której w tej chwili nie można zastosować. W rezultacie tylko teoretyczne metody, obliczenia i wnioski mogą być zastosowane do opracowania bardziej ogólnej teorii (lub „nowej fizyki”) i rozwiązania problemu kosmologicznej osobliwości.

Nowe alternatywne teorie

Pomimo sukcesu modelu kosmicznej inflacji, są naukowcy, którzy sprzeciwiają się temu, nazywając go nie do utrzymania. Ich głównym argumentem jest krytyka rozwiązań proponowanych przez teorię. Przeciwnicy argumentują, że powstałe rozwiązania pozostawiają pewne szczegóły pominięte, innymi słowy, zamiast rozwiązać problem wartości początkowych, teoria jedynie umiejętnie je udrapuje.

Alternatywą jest kilka egzotycznych teorii, których idea opiera się na ukształtowaniu wartości początkowych przed Wielkim Wybuchem. Nowe teorie powstania wszechświata można pokrótce opisać następująco:

• Teoria strun. Jego zwolennicy proponują, oprócz zwykłych czterech wymiarów przestrzeni i czasu, wprowadzenie dodatkowych wymiarów. Mogłyby odgrywać rolę we wczesnych stadiach wszechświata iw tej chwili znajdować się w stanie zagęszczonym. Odpowiadając na pytanie o przyczynę ich zagęszczenia, naukowcy oferują odpowiedź mówiącą, że właściwością superstrun jest T-dwoistość. Dlatego sznurki są „nawijane” na dodatkowe wymiary, a ich wielkość jest ograniczona.
• Teoria bran. Nazywa się to również teorią M. Zgodnie z jej postulatami na początku powstawania Wszechświata istnieje zimna, statyczna pięciowymiarowa czasoprzestrzeń. Cztery z nich (przestrzenne) mają ograniczenia, czyli ściany - trójbrany. Nasza przestrzeń to jedna ze ścian, a druga jest ukryta. Trzecia trójbrana znajduje się w przestrzeni czterowymiarowej, jest ograniczona dwiema braćmi brzegowymi. Teoria zakłada, że ​​trzecia membrana zderza się z naszą i uwalnia dużą ilość energii. To właśnie te warunki sprzyjają pojawieniu się wielkiego wybuchu.

1. Teorie cykliczności zaprzeczają wyjątkowości Wielkiego Wybuchu, argumentując, że wszechświat przechodzi z jednego stanu do drugiego. Problemem z takimi teoriami jest wzrost entropii, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki. W konsekwencji czas trwania poprzednich cykli był krótszy, a temperatura substancji znacznie wyższa niż podczas Wielkiego Wybuchu. Prawdopodobieństwo tego jest bardzo niskie.

Bez względu na to, ile istnieje teorii powstania wszechświata, tylko dwie z nich przetrwały próbę czasu i pokonały problem stale rosnącej entropii. Opracowali je naukowcy Steinhardt-Turok i Baum-Frampton.

Te stosunkowo nowe teorie powstania wszechświata zostały wysunięte w latach 80. ubiegłego wieku. Mają wielu naśladowców, którzy opracowują na jej podstawie modele, szukają dowodów na rzetelność i pracują nad eliminacją sprzeczności.

Teoria strun

Jedna z najpopularniejszych wśród teorii powstania Wszechświata - Przed przystąpieniem do opisu jej idei konieczne jest zrozumienie pojęć jednego z najbliższych konkurentów, modelu standardowego. Zakłada, że ​​materię i oddziaływania można opisać jako pewien zbiór cząstek, podzielony na kilka grup:

• Kwarki.
• Leptony.
• Bozony.

Te cząstki są w rzeczywistości budulcem wszechświata, ponieważ są tak małe, że nie można ich podzielić na składniki.

Charakterystyczną cechą teorii strun jest twierdzenie, że takie cegły nie są cząstkami, ale ultramikroskopowymi strunami, które oscylują. W tym przypadku, oscylując z różnymi częstotliwościami, struny stają się analogami różnych cząstek opisanych w modelu standardowym.

Aby zrozumieć teorię, trzeba zdać sobie sprawę, że struny to nie materia, to energia. Dlatego teoria strun stwierdza, że ​​wszystkie elementy wszechświata składają się z energii.

Ogień to dobra analogia. Patrząc na nią, ma się wrażenie jej materialności, ale nie można jej dotknąć.

Kosmologia dla uczniów

Teorie powstania Wszechświata są krótko badane w szkołach na lekcjach astronomii. Uczniowie poznają podstawowe teorie o tym, jak powstał nasz świat, co się z nim dzieje teraz i jak będzie się rozwijał w przyszłości.

Celem zajęć jest zapoznanie dzieci z naturą powstawania cząstek elementarnych, pierwiastków chemicznych i ciał niebieskich. Teorie powstania wszechświata dla dzieci sprowadzają się do prezentacji teorii Wielkiego Wybuchu. Nauczyciele wykorzystują materiały wizualne: slajdy, tabele, plakaty, ilustracje. Ich głównym zadaniem jest rozbudzanie zainteresowania dzieci otaczającym je światem.

Patrząc na dzieło sztuki, piękny krajobraz czy dziecko, człowiek zawsze czuje harmonię bytu.

Z naukowego punktu widzenia to uczucie, które mówi nam, że wszystko we wszechświecie jest harmonijne i połączone, nazywa się nielokalną spójnością. Zdaniem Erwina Laszlo, aby wyjaśnić obecność znacznej liczby cząstek we Wszechświecie oraz ciągłą, ale bynajmniej nie jednolitą i liniową ewolucję wszystkiego, co istnieje, musimy uznać obecność czynnika, który nie jest ani materią, ani energia.

Znaczenie tego czynnika jest obecnie dostrzegane nie tylko w naukach społecznych i humanistycznych, ale także w fizyce i naukach przyrodniczych. Jest to informacja - informacja jako rzeczywisty i skuteczny czynnik, który wyznacza parametry Wszechświata w momencie jego narodzin, a następnie kontroluje ewolucję jego podstawowych elementów, które przekształcają się w złożone systemy.

A teraz, opierając się na danych nowej kosmologii, w końcu zbliżyliśmy się do realizacji marzenia każdego naukowca - stworzenia holistycznej teorii wszystkiego.

Tworzenie holistycznej teorii wszystkiego

W pierwszym rozdziale omówimy problem tworzenia teorii wszystkiego. Teoria, która zasługuje na to miano, musi naprawdę być teorią wszystkiego — holistyczną teorią wszystkiego, co obserwujemy, doświadczamy i napotykamy, niezależnie od tego, czy są to obiekty fizyczne, żywe istoty, zjawiska społeczne i ekologiczne, czy też wytwory umysłu i świadomości. Można stworzyć taką holistyczną teorię wszystkiego - i to zostanie pokazane w tym i kolejnych rozdziałach.

Istnieje wiele sposobów pojmowania świata: poprzez własne idee, mistyczną intuicję, sztukę i poezję, a także poprzez systemy wierzeń światowych religii. Spośród wielu dostępnych nam metod na szczególną uwagę zasługuje jedna, oparta na powtarzalnych doświadczeniach, ściśle przestrzegająca metodologii, otwarta na krytykę i ponowną ocenę. To jest droga nauki.

Nauka ma znaczenie. Ma to znaczenie nie tylko dlatego, że jest źródłem nowych technologii, które zmieniają nasze życie i otaczający nas świat, ale także dlatego, że daje nam rzetelny obraz świata i nas na tym świecie.

Ale spojrzenie na świat przez pryzmat współczesnej nauki jest niejednoznaczne. Nauka do niedawna malowała fragmentaryczny obraz świata, który składał się z pozornie niezależnych dyscyplin. Naukowcom trudno jest powiedzieć, co łączy fizyczny Wszechświat ze światem żywych, świat żywych ze światem społeczeństwa, świat społeczeństwa ze sferami umysłu i świadomości. Teraz sytuacja się zmienia; Na czele nauki coraz więcej badaczy dąży do uzyskania bardziej holistycznego, ujednoliconego obrazu świata. Przede wszystkim dotyczy to fizyków, którzy pracują nad tworzeniem teorii zunifikowanych i dużych teorii zunifikowanych. Teorie te łączą ze sobą fundamentalne pola i siły natury w spójne ramy teoretyczne, sugerując, że mają one wspólne pochodzenie.

Szczególnie obiecujący trend pojawił się w ostatnich latach w fizyce kwantowej: próba stworzenia teorii wszystkiego. Projekt ten opiera się na teoriach strun i superstrun (nazywanych tak, ponieważ teorie te traktują cząstki elementarne jako wibrujące włókna lub struny). Opracowane teorie wszystkiego wykorzystują złożone przestrzenie matematyczne i wielowymiarowe, aby stworzyć jedno główne równanie, które mogłoby wyjaśnić wszystkie prawa wszechświata.

Fizyczne teorie wszystkiego

Teorie wszystkiego, które są obecnie opracowywane przez fizyków teoretycznych, mają na celu osiągnięcie tego, co Einstein nazwał kiedyś „czytaniem umysłu Boga”. Powiedział, że gdybyśmy mogli połączyć wszystkie prawa natury fizycznej i stworzyć spójny układ równań, bylibyśmy w stanie wyjaśnić wszystkie cechy wszechświata na podstawie tych równań, co byłoby równoznaczne z odczytywaniem myśli Boga .

Einstein podjął własną próbę tego rodzaju w postaci zunifikowanej teorii pola. Chociaż kontynuował swoje wysiłki aż do śmierci w 1955 roku, nie odkrył prostego i potężnego równania, które mogłoby wyjaśnić wszystkie zjawiska fizyczne w logiczny i spójny sposób.

Einstein poszedł do swojego celu, biorąc pod uwagę wszystkie zjawiska fizyczne jako wynik interakcji pól. Teraz wiemy, że zawiódł, ponieważ nie wziął pod uwagę pól i sił działających na mikrofizycznym poziomie rzeczywistości. Pola te (słabe i silne siły jądrowe) zajmują centralną pozycję w mechanice kwantowej, ale nie w teorii względności.

Obecnie większość fizyków teoretycznych przyjmuje inne podejście: uważają kwant, dyskretny aspekt rzeczywistości fizycznej, za elementarną jednostkę. Ale fizyczna natura kwantów została zrewidowana: nie uważa się ich za oddzielne cząstki materii i energii, ale za wibrujące jednowymiarowe nici - struny i superstruny. Fizycy próbują przedstawić wszystkie prawa fizyki jako wibracje superstrun w przestrzeni wielowymiarowej. Postrzegają każdą cząsteczkę jako strunę, która wraz ze wszystkimi innymi cząsteczkami tworzy własną „muzykę”. Na poziomie kosmicznym całe gwiazdy i galaktyki wibrują razem, a także całe wszechświaty. Zadaniem fizyków jest stworzenie równania, które pokaże, w jaki sposób jedna wibracja ma się do drugiej, tak aby można je było wyrazić w jednym superrównaniu. To równanie odszyfrowałoby muzykę, która uosabia najbardziej bezgraniczną i fundamentalną harmonię kosmosu.

W chwili pisania tego tekstu teorie wszystkiego oparte na teorii strun są wciąż ambitnymi pomysłami: nikt nigdy nie stworzył superrównania, które wyraża harmonię fizycznego wszechświata za pomocą tak prostej formuły, jak Einsteina E = mc2. W rzeczywistości jest tak wiele problemów w tej dziedzinie, że coraz więcej fizyków sugeruje, że do postępu potrzebna będzie nowa koncepcja. Równania teorii strun wymagają wielu wymiarów, czterowymiarowa czasoprzestrzeń nie wystarczy.

Teoria pierwotnie wymagała 12 wymiarów, aby połączyć wszystkie wibracje w jedną teorię, ale obecnie uważa się, że wystarczy „tylko” 10 lub 11 wymiarów, pod warunkiem, że drgania występują w bardziej wielowymiarowej „hiperprzestrzeni”. Co więcej, teoria strun wymaga istnienia przestrzeni i czasu dla swoich strun, ale nie może pokazać, jak czas i przestrzeń mogły powstać. I wreszcie, mylące jest to, że ta teoria ma tak wiele możliwych rozwiązań - około 10500 - że staje się całkowicie niezrozumiałe, dlaczego nasz Wszechświat jest taki, jaki jest (nawet jeśli każde rozwiązanie prowadzi do innego Wszechświata).

Fizycy chcący uratować teorię strun wysunęli różne hipotezy. Na przykład współistnieją wszystkie możliwe wszechświaty, chociaż żyjemy tylko w jednym z nich. A może nasz wszechświat ma wiele aspektów, ale dostrzegamy tylko jedną, znajomą nam. Oto kilka hipotez wysuniętych przez fizyków teoretycznych, którzy starają się wykazać, że teorie strun mają pewien stopień realizmu. Ale żaden z nich nie jest zadowalający, a niektórzy krytycy, w tym Peter Voight i Lee Smolin, są gotowi pogrzebać teorię strun.

Smolin jest jednym z twórców teorii pętli kwantowej grawitacji, zgodnie z którą przestrzeń jest siecią komórek łączącą wszystkie punkty. Teoria wyjaśnia, w jaki sposób powstały przestrzeń i czas, a także wyjaśnia „działanie na odległość”, czyli dziwny „związek”, który leży u podstaw zjawiska znanego jako nielokalność. Zjawisko to omówimy bardziej szczegółowo w rozdziale 3.

Nie wiadomo, czy fizycy będą w stanie stworzyć działającą teorię wszystkiego. Jest jednak jasne, że nawet jeśli podjęte wysiłki zakończą się sukcesem, stworzenie prawdziwej teorii wszystkiego samo w sobie nie będzie oznaczało sukcesu. W najlepszym razie fizycy stworzą fizyczną teorię wszystkiego - teorię, która nie będzie teorią wszystkiego, a jedynie teorią wszystkich obiektów fizycznych. Prawdziwa teoria wszystkiego będzie zawierać więcej niż tylko wzory matematyczne, które wyrażają zjawiska badane przez ten obszar fizyki kwantowej. We Wszechświecie istnieją nie tylko wibrujące struny i związane z nimi zdarzenia kwantowe. Życie, umysł, kultura i świadomość są częścią rzeczywistości świata, a prawdziwa teoria wszystkiego również je uwzględni.

Zgadza się z tym Ken Wilber, autor Teorii wszystkiego. Mówi o „holistycznej wizji” zawartej w prawdziwej teorii wszystkiego. Nie proponuje jednak takiej teorii, ale przede wszystkim omawia, czym może być i opisuje ją w kategoriach ewolucji kultury i świadomości w odniesieniu do własnych teorii. Nie powstała jeszcze holistyczna teoria wszystkiego, co ma podstawy naukowe.

Podejścia do prawdziwej teorii wszystkiego

Można stworzyć prawdziwą teorię wszystkiego. Choć wykracza poza teorie strun i superstrun, w których fizycy próbują rozwijać własną superteorię, dobrze wpisuje się w ramy samej nauki. Rzeczywiście, zadanie stworzenia prawdziwej holistycznej teorii wszystkiego jest łatwiejsze niż zadanie stworzenia fizycznej teorii wszystkiego. Jak widzimy, teorie fizyczne wszystkiego mają tendencję do sprowadzania praw fizyki do jednego wzoru – wszystkich tych praw, które rządzą oddziaływaniem cząstek i atomów, gwiazd i galaktyk; wiele złożonych jednostek ze złożonymi interakcjami. Łatwiej i rozsądniej jest szukać podstawowych praw i procesów, które powodują powstanie tych podmiotów i ich interakcji.

Modelowanie komputerowe złożonych struktur pokazuje, że kompleks jest tworzony i można go wyjaśnić za pomocą podstawowych i stosunkowo prostych warunków początkowych. Jak pokazała teoria automatów komórkowych Johna von Neumanna, wystarczy zdefiniować główne elementy systemu i ustalić reguły – algorytmy – które rządzą ich zachowaniem (to podstawa wszystkich modeli komputerów: programiści mówią komputerowi, co ma robić na każdym etapie modelowania, a komputer zajmuje się resztą). Ograniczony i niespodziewanie prosty zestaw podstawowych elementów sterowanych niewielką liczbą algorytmów może stworzyć pozornie niezrozumiałą złożoność, jeśli proces ten będzie się rozwijał w czasie. Zestaw reguł, które przenoszą informacje o elementach, uruchamia proces porządkujący i porządkujący elementy, dzięki czemu są w stanie tworzyć coraz bardziej złożone struktury i relacje.

Próbując stworzyć prawdziwą holistyczną teorię wszystkiego, możemy podążać podobną ścieżką. Możemy zacząć od rzeczy elementarnych — rzeczy, które dają początek innym rzeczom, ale nie są przez nie generowane. Następnie musimy zdefiniować prosty zestaw reguł, który stworzy coś bardziej złożonego. Zasadniczo powinniśmy wtedy być w stanie wyjaśnić, jak powstała każda „rzecz” na świecie.

Oprócz teorii strun i superstrun w nowej fizyce istnieją teorie i koncepcje, dzięki którym można zrealizować ten wspaniały pomysł. Korzystając z odkryć w najnowocześniejszych dziedzinach teorii cząstek i pola, możemy zidentyfikować podstawę, która generuje wszystko, nie będąc sama przez coś generowane. Ta podstawa, jak zobaczymy, to morze energii wirtualnej znanej jako próżnia kwantowa. Możemy również odwołać się do zbioru reguł (praw natury), które mówią nam, jak podstawowe elementy rzeczywistości – cząstki zwane kwantami – w interakcji z ich kosmiczną podstawą zamieniają się w złożone rzeczy.

Musimy jednak dodać nowy element, aby uzyskać prawdziwą holistyczną teorię wszystkiego. Znanymi obecnie prawami, według których z próżni kwantowej powstają istniejące obiekty świata, są prawa interakcji oparte na przekazywaniu i przekształcaniu energii. Prawa te okazały się wystarczające, aby wyjaśnić, w jaki sposób rzeczywiste obiekty - w postaci par cząstka-antycząstka - powstają w próżni kwantowej i z niej wyłaniają się. Ale nie wyjaśniają, dlaczego w Wielkim Wybuchu powstało więcej cząstek niż antycząstek; a także jak przez miliardy lat cząstki, które przetrwały, były łączone w coraz bardziej złożone struktury: w galaktyki i gwiazdy, atomy i molekuły oraz (na odpowiednich planetach) w makrocząsteczki, komórki, organizmy, społeczeństwa, nisze ekologiczne i całe biosfery.

Aby wyjaśnić obecność we Wszechświecie znacznej liczby cząstek („materii” w przeciwieństwie do „antymaterii”) oraz ciągłą, ale bynajmniej nie jednolitą i liniową ewolucję wszystkiego, co istnieje, musimy uznać obecność czynnika, który nie jest ani materią, ani energią. Znaczenie tego czynnika jest obecnie dostrzegane nie tylko w naukach społecznych i humanistycznych, ale także w fizyce i naukach przyrodniczych. Jest to informacja - informacja jako rzeczywisty i skuteczny czynnik, który wyznacza parametry Wszechświata w momencie jego narodzin, a następnie kontroluje ewolucję jego podstawowych elementów, które przekształcają się w złożone systemy.

Większość z nas rozumie informacje jako dane lub to, co jest znane osobie. Nauki fizyczne i przyrodnicze odkrywają, że informacja wykracza daleko poza granice świadomości pojedynczego człowieka, a nawet wszystkich ludzi łącznie.

Informacja jest integralnym aspektem zarówno natury fizycznej, jak i biologicznej. Wielki fizyk David Bohm nazwał informację procesem, który wpływa na odbiorcę, „kształtuje” go. Zaakceptujemy tę koncepcję.

Informowanie nie jest produktem ludzkim, nie jest czymś, co tworzymy, kiedy piszemy, liczymy, mówimy i komunikujemy się. Mędrcy starożytności od dawna wiedzieli, a nowocześni naukowcy dowiedzą się na nowo, że informacja jest obecna w świecie niezależnie od woli i działań człowieka i jest czynnikiem determinującym ewolucję wszystkiego, co wypełnia świat realny. Podstawą stworzenia prawdziwej teorii wszystkiego jest uznanie, że informacja jest podstawowym czynnikiem natury.

O zagadkach i mitach

Siły napędowe nadchodzącej zmiany paradygmatu w nauce

Poszukiwania prawdziwej holistycznej teorii wszystkiego zaczniemy od przyjrzenia się czynnikom, które przybliżają naukę do zmiany paradygmatu. Kluczowymi czynnikami są tajemnice, które pojawiają się i gromadzą w toku badań naukowych: anomalie, których obecny paradygmat nie jest w stanie wyjaśnić. To skłania społeczność naukową do poszukiwania nowych podejść do zjawisk anomalnych. Takie wysiłki badawcze (nazwiemy je „mitami naukowymi”) zawierają wiele pomysłów. Niektóre z tych pomysłów mogą zawierać kluczowe koncepcje, które doprowadzą naukowców do nowego paradygmatu - paradygmatu, który może wyjaśnić tajemnice i anomalie oraz służyć jako podstawa prawdziwej holistycznej teorii wszystkiego.

Czołowi naukowcy starają się poszerzyć i pogłębić swoje zrozumienie badanego segmentu rzeczywistości. Coraz więcej rozumieją istotną część lub aspekt rzeczywistości, ale nie mogą bezpośrednio badać tej części lub aspektu - mogą to zrozumieć tylko poprzez koncepcje przekształcone w hipotezy i teorie. Koncepcje, hipotezy i teorie nie są wystarczająco mocne, mogą się mylić. W rzeczywistości znakiem rozpoznawczym prawdziwie naukowej teorii (według filozofa nauki Sir Karla Poppera) jest obalenie. Teorie są sfalsyfikowane, gdy przewidywania na ich podstawie nie znajdują potwierdzenia w obserwacjach. W tym przypadku obserwacje są nienormalne, a rozważana teoria jest albo uznana za błędną i odrzuconą, albo wymaga rewizji.

Obalanie teorii jest motorem prawdziwego postępu naukowego. Kiedy wszystko działa, może nastąpić postęp, ale jest on częściowy (dopracowywanie istniejącej teorii w celu dopasowania do nowych obserwacji). Prawdziwy postęp następuje wtedy, gdy nie jest to możliwe. Prędzej czy później nadejdzie moment, kiedy zamiast próbować rewidować istniejące teorie, naukowcy wolą zacząć szukać prostszej i bardziej wyjaśniającej teorii. Otwiera się droga do fundamentalnej odnowy teorii: zmiany paradygmatu.

Zmiana paradygmatu jest wywoływana przez nagromadzenie obserwacji, które nie pasują do przyjętych teorii i nie mogą się do nich dopasować po prostym udoskonaleniu takich teorii. Nadchodzi etap wyłaniania się nowego, bardziej akceptowalnego paradygmatu naukowego. Wyzwaniem jest znalezienie fundamentalnych nowych koncepcji, które stworzą podstawę nowego paradygmatu.

Paradygmat naukowy ma surowe wymagania. Oparta na niej teoria powinna pozwolić naukowcom wyjaśnić wszystkie odkrycia, które mogła wyjaśnić poprzednia teoria, a także anomalne obserwacje. Powinna łączyć wszystkie istotne fakty w prostszą i jednocześnie pełniejszą koncepcję. To właśnie zrobił Einstein na przełomie XIX i XX wieku, kiedy przestał szukać przyczyn dziwnego zachowania światła w ramach fizyki newtonowskiej i zamiast tego stworzył nową koncepcję rzeczywistości fizycznej - teorię względności. Jak sam powiedział, nie da się rozwiązać problemu na tym samym poziomie, na którym powstał. W nieoczekiwanie krótkim czasie środowisko fizyków porzuciło fizykę klasyczną stworzoną przez Newtona, a jej miejsce zajęła rewolucyjna koncepcja Einsteina.

W pierwszej dekadzie XX wieku nauka przeszła zmianę paradygmatu. Teraz, w pierwszej dekadzie XXI wieku, tajemnice i anomalie narastają ponownie, a społeczność naukowa stoi w obliczu kolejnej zmiany paradygmatu, tak fundamentalnej i rewolucyjnej, jak przejście od mechanistycznego świata Newtona do względnego wszechświata Einsteina.

Od pewnego czasu w najnowocześniejszych środowiskach akademickich wisi nowoczesny paradygmat. Rewolucje naukowe nie są natychmiastowymi procesami, w których natychmiast pojawia się nowa teoria. Mogą być szybkie, jak w przypadku teorii Einsteina, lub bardziej rozciągnięte w czasie, jak przejście od klasycznej teorii Darwina do szerszych biologicznych koncepcji postdarwinizmu.

Zanim rewolucje przyniosą ostateczny rezultat, nauki, w których występują anomalie, przechodzą okres niestabilności. Naukowcy głównego nurtu bronią istniejących teorii, a wolnomyślicielscy naukowcy w najnowocześniejszych dziedzinach badają alternatywy. Ci ostatni przedstawili nowe pomysły, które oferują inne spojrzenie na zjawiska znane tradycyjnym naukowcom. Od pewnego czasu alternatywne koncepcje, które początkowo istnieją w postaci hipotez roboczych, wydają się, jeśli nie fantastyczne, to dziwne.

Czasami przypominają mity wymyślone przez pomysłowych odkrywców. Jednak tak nie jest. „Mity” poważnych badaczy opierają się na starannie skalibrowanej logice; łączą to, co już wiadomo o segmencie świata, który eksploruje dana dyscyplina, z tym, co wciąż wprawia w zakłopotanie. To nie są zwykłe mity, to „mity naukowe” – rozbudowane hipotezy, które są otwarte na test i dlatego można je potwierdzić lub obalić przez obserwację i eksperyment.

Badanie anomalii, które można znaleźć w obserwacjach i eksperymentach, oraz wymyślanie testowalnych mitów, które mogą je wyjaśnić, to główne elementy podstawowych badań naukowych. Jeśli anomalie nadal istnieją pomimo najlepszych wysiłków naukowców, którzy trzymają się starego paradygmatu, i jeśli ten czy inny mit naukowy wysunięty przez wolnomyślących naukowców oferuje prostsze i bardziej logiczne wyjaśnienie, masa krytyczna naukowców (głównie młodych) przestaje trzymaj się starego paradygmatu. Tak zaczyna się zmiana paradygmatu. Koncepcja, która do tej pory była mitem, zaczyna być uważana za wiarygodną teorię naukową.

W historii nauki istnieją niezliczone przykłady zarówno udanych, jak i nieudanych mitów. Potwierdzone mity — uważane za wiarygodne, choć nie do końca prawdziwe teorie naukowe — obejmują sugestię Karola Darwina, że ​​wszystkie żyjące gatunki pochodzą od wspólnego przodka, oraz hipotezę Alana Gutha i Andrew Linde, że wszechświat powstał w wyniku superszybkiego „rozrostu”, który nastąpił po jego narodziny podczas Wielkiego Wybuchu. Nieudane mity (te, które oferowały mniej niż dokładne lub lepsze wyjaśnienia odpowiednich zjawisk) obejmują ideę Hansa Driescha, że ​​ewolucja życia przebiega zgodnie z ustalonym planem w procesie nastawionym na cel, zwanym entelechią, oraz hipotezę Einsteina, że ​​dodatkowa siła fizyczna, zwana stała kosmologiczna, nie pozwala na zniszczenie wszechświata z powodu siły grawitacji. (Co ciekawe, jak się dowiemy, niektóre z tych propozycji są obecnie kwestionowane: możliwe, że teoria ekspansji Gutha i Lindego zostanie zastąpiona szerszym pojęciem cyklicznego wszechświata, a stała kosmologiczna Einsteina nadal nie była błędna… )

Przykłady współczesnych mitów naukowych

Oto trzy hipotezy robocze – „mity naukowe” – wysunięte przez bardzo szanowanych naukowców. Wszystkie trzy, choć pozornie niewiarygodne, spotkały się z poważną uwagą społeczności naukowej.

10100 wszechświatów

W 1955 roku fizyk Hugh Everett przedstawił zaskakujące wyjaśnienie świata kwantowego (który później stał się podstawą jednej z najpopularniejszych powieści Michaela Crichtona, Strzała Czasu). Hipoteza Wszechświata równoległego Everetta wiąże się z tajemniczym odkryciem w fizyce kwantowej: dopóki cząstka nie zostanie zaobserwowana, zmierzona lub w jakikolwiek sposób zmanipulowana, znajduje się w dziwnym stanie, który jest superpozycją wszystkich możliwych stanów. Jednakże, gdy cząsteczka jest obserwowana, mierzona lub poddawana działaniu, ten stan superpozycji znika: cząsteczka jest w jednym stanie, jak każdy „zwykły” obiekt. Ponieważ stan superpozycji jest opisany jako złożona funkcja falowa związana z nazwiskiem Erwina Schrödingera, kiedy stan superpozycji znika, mówi się, że funkcja falowa Schrödingera załamuje się.

Problem polega na tym, że nie da się powiedzieć, który z wielu możliwych stanów wirtualnych przyjmie cząstka. Wybór cząstki wydaje się nieprzewidywalny — całkowicie niezależny od warunków, które wywołują załamanie funkcji falowej. Zgodnie z hipotezą Everetta nieokreśloność załamania się funkcji falowej nie odzwierciedla warunków istniejących na świecie. Nie ma tu niepewności: każdy wybrany przez cząstkę stan wirtualny jest pewny - po prostu jest obecny w świecie sam z siebie!

Oto jak zachodzi załamanie: kiedy mierzy się kwant, istnieje wiele możliwości, z których każda jest powiązana z obserwatorem lub urządzeniem pomiarowym. W pozornie losowym procesie selekcji dostrzegamy tylko jedną z możliwości. Ale według Everetta wybór nie jest przypadkowy, ponieważ ten wybór nie ma miejsca: wszystkie możliwe stany kwantu są realizowane za każdym razem, gdy jest mierzony lub obserwowany; oni po prostu
nie są realizowane w jednym świecie. Wiele możliwych stanów kwantowych jest realizowanych w tej samej liczbie wszechświatów.
Załóżmy, że kiedy mierzy się kwant, taki jak elektron, istnieje pięćdziesiąt procent szans, że wzrośnie, i równe prawdopodobieństwo, że spadnie. Wtedy nie mamy jednego Wszechświata, w którym kwant może rosnąć lub spadać z prawdopodobieństwem 50 do 50, ale dwa równoległe. W jednym z wszechświatów elektron porusza się w górę, aw drugim opada. W każdym z tych wszechświatów znajduje się również obserwator lub przyrząd pomiarowy. Dwa wyniki istnieją jednocześnie w dwóch wszechświatach, podobnie jak obserwatorzy lub instrumenty pomiarowe.

Oczywiście, gdy wiele stanów superpozycji cząstki zbiega się w jeden, istnieją nie tylko dwa, ale więcej możliwych stanów wirtualnych, które cząstka może przyjąć. Musi więc istnieć wiele wszechświatów, być może około 10100, w każdym z nich znajdują się obserwatorzy i przyrządy pomiarowe.

Wszechświat stworzony przez obserwatora

Jeśli istnieje 10100 lub nawet 10500 wszechświatów (pomimo faktu, że w większości z nich życie nigdy nie mogło powstać), jak to jest, że żyjemy w takim Wszechświecie, w którym istnieją złożone formy życia? Czy to może być zwykły zbieg okoliczności? Zagadnieniu temu poświęconych jest wiele mitów naukowych, w tym antropiczna zasada kosmologiczna, która głosi, że nasza obserwacja tego wszechświata ma związek z tak szczęśliwym zbiegiem okoliczności. Niedawno Stephen Hawking z Cambridge i Thomas Hertog z CERN (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych) przedstawili matematyczną odpowiedź. Zgodnie z ich teorią wszechświata, stworzoną przez obserwatorów, nie oddzielne wszechświaty rozgałęziają się w czasie i istnieją samodzielnie (jak sugeruje teoria strun), ale wszystkie możliwe wszechświaty istnieją jednocześnie w stanie superpozycji. Nasza egzystencja w tym wszechświecie wybiera ścieżkę, która prowadzi do takiego wszechświata, spośród wszystkich innych ścieżek prowadzących do wszystkich innych wszechświatów; wszystkie inne ścieżki są wykluczone. Tak więc w tej teorii łańcuch przyczynowy zdarzeń jest odwrócony: teraźniejszość determinuje przeszłość. Nie byłoby to możliwe, gdyby wszechświat miał pewien stan początkowy, bo z pewnego stanu narodziłaby się pewna historia. Ale, jak twierdzą Hawking i Hertog, wszechświat nie ma określonego początkowego stanu, punktu odniesienia – taka granica po prostu nie istnieje.

Holograficzny Wszechświat

Ten mit naukowy głosi, że wszechświat jest hologramem (a przynajmniej można go za taki uznać). (W hologramie, który omówimy bardziej szczegółowo nieco później, dwuwymiarowy model tworzy obraz w trzech wymiarach.) Uważa się, że wszystkie informacje tworzące Wszechświat znajdują się na jego obrzeżach, które są dwuwymiarowa powierzchnia. Ta dwuwymiarowa informacja powstaje we wszechświecie w trzech wymiarach. Widzimy wszechświat jako trójwymiarowy, chociaż coś, co czyni go tym, czym jest, jest dwuwymiarowym polem informacji. Dlaczego ten pozornie absurdalny pomysł stał się tematem kontrowersji i badań?

Problem, który eliminuje teoria holograficznego wszechświata, należy do dziedziny termodynamiki. Zgodnie z jej mocno ugruntowanym drugim prawem, poziom chaosu nigdy nie może się zmniejszyć w systemie zamkniętym. Oznacza to, że poziom chaosu nigdy nie może spaść we wszechświecie jako całości, ponieważ, jeśli weźmiemy pod uwagę kosmos jako całość, jest to układ zamknięty (nie ma zewnętrza, a zatem nic nie może stać się otwarte). To, że poziom chaosu nie może się zmniejszyć, oznacza, że ​​porządek, który można przedstawić jako informację, nie może wzrastać. Zgodnie z teorią kwantów informacja, która tworzy lub utrzymuje porządek, musi być stała, nie może stać się mniej lub bardziej.

Ale co dzieje się z informacją, gdy materia znika w czarnych dziurach? Może się wydawać, że czarne dziury niszczą informacje zawarte w materii. To jednak przeczy teorii kwantowej. Aby rozwiązać tę zagadkę, Stephen Hawking wraz z Jacobem Bekensteinem z Uniwersytetu Princeton wspólnie wydedukowali, że chaos w czarnej dziurze jest proporcjonalny do jej powierzchni. Wewnątrz czarnej dziury jest znacznie więcej miejsca na porządek i informacje niż na powierzchni. Na przykład w jednym centymetrze sześciennym jest miejsce na 1099 tomów Plancka i tylko 1066 bitów informacji na powierzchni (objętość Plancka to prawie niezrozumiale mała przestrzeń ograniczona bokami 10-35 metrów). Leonard Susskind ze Stanford i Gerard ‘t Hooft z Utrech University zaproponowali, że informacje wewnątrz czarnej dziury nie są tracone, ale są holograficzne przechowywane na jej powierzchni.

Matematyka znalazła nieoczekiwane zastosowanie dla hologramów w 1998 roku, kiedy Juan Maldacena z Uniwersytetu Harvarda próbował pracować z teorią strun w grawitacji kwantowej. Maldacena odkryła, że ​​ze strunami łatwiej się pracuje w 5D niż w 4D. (Postrzegamy przestrzeń w trzech wymiarach: dwie płaszczyzny wzdłuż powierzchni i jedna pionowa. Czwarty wymiar byłby prostopadły do ​​tych trzech, ale nie można go postrzegać. Matematycy mogą dodawać dowolną liczbę wymiarów, oddalając się coraz bardziej od postrzeganego świata .) Rozwiązanie wydawało się oczywiste: załóżmy, że pięciowymiarowa przestrzeń wewnątrz czarnej dziury jest w rzeczywistości hologramem czterowymiarowej przestrzeni na jej powierzchni. Wtedy możliwe jest wykonanie stosunkowo łatwych obliczeń w pięciu wymiarach, pracując z przestrzenią czterowymiarową.

Czy metoda redukcji liczby wymiarów jest odpowiednia dla Wszechświata jako całości? Jak widzieliśmy, teoretycy strun zmagają się z wieloma dodatkowymi wymiarami, stwierdzając, że trójwymiarowa przestrzeń nie wystarczy do wykonania ich zadania: powiązania wibracji różnych strun we wszechświecie w jedno równanie. Zasada holograficzna może pomóc, ponieważ wszechświat można postrzegać jako wielowymiarowy hologram przechowywany w mniejszej liczbie wymiarów na jego obrzeżach.

Zasada holograficzna może ułatwić obliczenie teorii strun, ale zawiera fantastyczne założenia dotyczące natury świata. Nawet Gerard ‘t Hooft, który był jednym z twórców tej zasady, nie uważa jej już za bezsporną. Powiedział, że w tym kontekście holografia nie jest zasadą, ale problemem. Być może, zasugerował, grawitację kwantową można wyprowadzić z bardziej fundamentalnej zasady, która nie jest zgodna z prawami mechaniki kwantowej.

W czasach rewolucji naukowej, kiedy istniejący paradygmat znajduje się pod presją, pojawiają się nowe mity naukowe, ale nie wszystkie się potwierdzają. Teoretycy zakorzenili się w przekonaniu, że, jak powiedział Galileusz, „księga przyrody jest napisana językiem matematyki” i zapomnieli, że nie wszystko w języku matematyki istnieje w księdze przyrody. W rezultacie wiele matematycznie zaprojektowanych mitów pozostaje tylko mitami. Inne jednak niosą z sobą nasiona znaczącego postępu naukowego. Początkowo nikt nie wie na pewno, które nasiona wykiełkują i przyniosą owoce. Pole kipi, będąc w stanie twórczego chaosu.

Tak jest dzisiaj w wielu dyscyplinach naukowych. Zjawiska anomalne mnożą się w kosmologii fizycznej, fizyce kwantowej, biologii ewolucyjnej i kwantowej oraz nowej dziedzinie badań nad świadomością. Tworzą coraz większą niepewność i zmuszają otwartych naukowców do przekraczania granic akceptowanych teorii. Podczas gdy konserwatywni badacze twierdzą, że tylko idee publikowane w znanych czasopismach naukowych i powielane w podręcznikach można uznać za naukowe, nowatorscy badacze poszukują całkowicie nowych koncepcji, w tym tych, które jeszcze kilka lat temu uznano za wykraczające poza zakres ich dyscyplin. .

Coraz więcej dyscyplin naukowych opisuje świat w coraz bardziej niesamowity sposób. Kosmologia dodała do niej ciemną materię, ciemną energię i wielowymiarowe przestrzenie; fizyka kwantowa - cząstki, które są natychmiast połączone w czasoprzestrzeni na głębszych poziomach rzeczywistości; biologia - żywa materia, która wykazuje integralność kwantów; a studia świadomości są połączeniami transpersonalnymi niezależnymi od przestrzeni i czasu. To tylko kilka z już potwierdzonych teorii naukowych, które są obecnie uważane za pełnoprawne.

Nie można już wykryć nowych cząstek elementarnych. Również alternatywny scenariusz pozwala rozwiązać problem hierarchii masy. Badanie zostało opublikowane na arXiv.org.

© Diomedia

Teoria nazywa się nienaturalnością. Jest on określany na skalach energetycznych rzędu oddziaływania elektrosłabego, po oddzieleniu oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. To było około dziesięciu w minus trzydzieści dwa – dziesięć w minus dwunastej sekundzie po Wielkim Wybuchu. Wówczas, zdaniem autorów nowej koncepcji, we Wszechświecie istniała hipotetyczna cząstka elementarna - rechiton (lub reheaton, od angielskiego reheaton), której rozpad doprowadził do powstania obserwowanej dzisiaj fizyki.

Gdy Wszechświat stawał się zimniejszy (obniżyła się temperatura materii i promieniowania) i bardziej płaski (geometria przestrzeni zbliżyła się do euklidesowej), rechiton rozpadł się na wiele innych cząstek. Utworzyły one prawie nieoddziałujące ze sobą grupy cząstek, niemal identycznych pod względem gatunków, ale różniących się masą bozonu Higgsa, a więc i masą własną.

Liczba takich grup cząstek, które według naukowców istnieją we współczesnym Wszechświecie, sięga kilku tysięcy bilionów. Jedna z tych rodzin obejmuje zarówno fizykę opisaną w Modelu Standardowym (SM), jak i cząstki i interakcje obserwowane w eksperymentach w LHC. Nowa teoria pozwala zrezygnować z wciąż bezskutecznie poszukiwanej supersymetrii i rozwiązuje problem hierarchii cząstek.

W szczególności, jeśli masa bozonu Higgsa powstałego w wyniku rozpadu rechitonu jest niewielka, to masa pozostałych cząstek będzie duża i odwrotnie. To rozwiązuje problem hierarchii elektrosłabej, związany z dużą przerwą między obserwowanymi eksperymentalnie masami cząstek elementarnych a skalami energetycznymi wczesnego Wszechświata. Na przykład pytanie, dlaczego elektron o masie 0,5 megaelektronowolta jest prawie 200 razy lżejszy od mionu o tych samych liczbach kwantowych, znika samo z siebie - we Wszechświecie są dokładnie takie same zestawy cząstek, w których ta różnica nie jest tak silna .

Zgodnie z nową teorią, obserwowany w eksperymentach w LHC bozon Higgsa jest najlżejszą cząstką tego typu, powstałą w wyniku rozpadu rechitonu. Inne grupy nieodkrytych jeszcze cząstek związane są z cięższymi bozonami – analogami obecnie odkrytych i dobrze zbadanych leptonów (nieuczestniczących w oddziaływaniu silnym) i hadronów (uczestniczących w oddziaływaniu silnym).

© Departament PE / CERN

Nowa teoria nie anuluje, ale sprawia, że ​​wprowadzenie supersymetrii nie jest konieczne, co oznacza podwojenie (przynajmniej) liczby znanych cząstek elementarnych ze względu na obecność superpartnerów. Na przykład dla fotonu - fotino, kwark - squark, higgs - higgsino i tak dalej. Spin superpartnerów musi różnić się o pół liczby całkowitej od spinu oryginalnej cząstki.

Matematycznie cząstka i supercząstka są połączone w jeden system (supermultiplet); wszystkie parametry kwantowe i masy cząstek oraz ich partnerów w dokładnej supersymetrii pokrywają się. Uważa się, że supersymetria ma charakter zepsuty, dlatego masa superpartnerów znacznie przekracza masę ich cząstek. Aby wykryć cząstki supersymetryczne, potrzebne były potężne akceleratory, takie jak LHC.

Jeśli istnieje supersymetria lub jakiekolwiek nowe cząstki lub interakcje, autorzy nowego badania uważają, że można je odkryć w skali dziesięciu teraelektronowoltów. To prawie granica możliwości LHC, a jeśli proponowana teoria jest poprawna, odkrycie tam nowych cząstek jest niezwykle mało prawdopodobne.

© arXiv.org

Sygnał w pobliżu 750 gigaelektronowoltów, który może wskazywać na rozpad ciężkiej cząstki na dwa fotony gamma, jak poinformowali naukowcy z CMS (Compact Muon Solenoid) i ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) pracujący w LHC w grudniu 2015 r. i marcu 2016 r. , jest rozpoznawany jako szum statystyczny. Od 2012 roku, kiedy odkryto bozon Higgsa w CERN, nie zidentyfikowano żadnych nowych cząstek fundamentalnych przewidywanych przez rozszerzenia SM.

Kanadyjski i amerykański naukowiec irańskiego pochodzenia Nima Arkani-Hamed, który zaproponował nową teorię, otrzymał w 2012 roku Fundamental Physics Prize. Nagroda została ustanowiona w tym samym roku przez rosyjskiego biznesmena Jurija Milnera.

Dlatego oczekuje się pojawienia się teorii, w których znika potrzeba supersymetrii. „Jest wielu teoretyków, w tym ja, którzy uważają, że jest to całkowicie wyjątkowy czas, kiedy rozwiązujemy ważne i systemowe pytania, a nie o szczegóły jakiejkolwiek kolejnej cząstki elementarnej” – powiedział główny autor nowego badania, fizyk. z Uniwersytetu Princeton (USA).

Nie wszyscy podzielają jego optymizm. Tak więc fizyk Matt Strassler z Uniwersytetu Harvarda uważa, że ​​matematyczne uzasadnienie nowej teorii jest daleko idące. Tymczasem Paddy Fox z Narodowego Laboratorium Akceleratora Enrico Fermi w Batavii (USA) wierzy, że nowa teoria zostanie przetestowana w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Jego zdaniem cząstki uformowane w grupie z dowolnym ciężkim bozonem Higgsa powinny pozostawić swoje ślady na CMB - starożytnym promieniowaniu mikrofalowym przewidzianym przez teorię Wielkiego Wybuchu.

Ekologia poznawcza: Naukowcy z University of Southampton dokonali wielkiego przełomu w swoich próbach rozwikłania tajemnic naszego wszechświata. Jednym z najnowszych osiągnięć fizyki teoretycznej jest zasada holograficzna.

Naukowcy z University of Southampton dokonali znaczącego przełomu w swoich próbach rozwikłania tajemnic naszego wszechświata. Jednym z najnowszych osiągnięć fizyki teoretycznej jest zasada holograficzna. Według niego nasz wszechświat jest uważany za hologram, a dla takiego holograficznego wszechświata formułujemy prawa fizyki.

Najnowsze prace prof. Skenderisa i dr Marco Caldarelli z University of Southampton, dr Joan Camps z University of Cambridge oraz dr Blaise Gutero z Nordic Institute for Theoretical Physics of Sweden zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review D i poświęcony jest unifikacji czasoprzestrzeni zakrzywionej ujemnie i czasoprzestrzeni płaskiej. Artykuł wyjaśnia, w jaki sposób, powołując się na niestabilność Gregory'ego-Laflammé, niektóre rodzaje czarnych dziur rozpadają się na mniejsze, jeśli zostaną zakłócone - tak jak strużka wody rozpada się na krople po dotknięciu jej palcem. To zjawisko czarnych dziur zostało wcześniej udowodnione w ramach symulacji komputerowych, a obecne prace jeszcze głębiej opisują jego podstawy teoretyczne.

Czasoprzestrzeń jest zwykle próbą opisania istnienia przestrzeni w trzech wymiarach, gdzie czas pełni rolę czwartego wymiaru, a wszystkie cztery łączą się, tworząc kontinuum lub stan, w którym cztery elementy nie mogą być rozdzielone.

Płaska czasoprzestrzeń i ujemna czasoprzestrzeń opisują środowisko, w którym Wszechświat nie jest zwarty, przestrzeń rozszerza się nieskończenie, stale w czasie, w dowolnym kierunku. Siły grawitacyjne, takie jak te wytworzone przez gwiazdę, najlepiej opisuje płaska czasoprzestrzeń. Negatywnie zakrzywiona czasoprzestrzeń opisuje wszechświat wypełniony ujemną energią próżni. Matematykę holografii najlepiej zrozumieć w kategoriach ujemnie zakrzywionego modelu czasoprzestrzeni.

Profesor Skenderis opracował model matematyczny, w którym istnieją niesamowite podobieństwa między płaską czasoprzestrzenią a ujemnie zakrzywioną czasoprzestrzenią, ale ta ostatnia jest sformułowana z ujemną liczbą wymiarów poza naszą percepcją.

„Według holografii, na podstawowym poziomie, wszechświat ma o jeden wymiar mniej niż jesteśmy przyzwyczajeni w życiu codziennym i podlega prawom podobnym do elektromagnetyzmu” – mówi Skenderis. „Pomysł ten jest zgodny z tym, jak widzimy zwykły hologram, kiedy obraz z trzema wymiarami odbija się na płaszczyźnie dwuwymiarowej, jak hologram na karcie kredytowej, ale wyobraźmy sobie cały wszechświat zakodowany w ten sposób”.
„Nasze badania są kontynuowane i mamy nadzieję znaleźć więcej powiązań między płaską czasoprzestrzenią, ujemnie zakrzywioną czasoprzestrzenią i holografią. Tradycyjne teorie na temat tego, jak działa nasz wszechświat, sprowadzają się do indywidualnego opisu jego natury, ale każda z nich w pewnym momencie się załamuje. Naszym ostatecznym celem jest znalezienie nowego wspólnego zrozumienia wszechświata, które będzie działać we wszystkich kierunkach”.
W październiku 2012 roku profesor Skenderis znalazł się w pierwszej dwudziestce najwybitniejszych naukowców świata. Za rozważenie pytania „Czy przestrzeń i czas mają swój początek?” otrzymał nagrodę w wysokości 175 000 dolarów. Być może holograficzny model wszechświata pozwoli nam dowiedzieć się, co było przed Wielkim Wybuchem? opublikowany