Uma nova teoria do ambiente do universo. Teorias da origem do universo. Quantas teorias existem sobre a origem do universo? A Teoria do Big Bang: Origem do Universo. Teoria religiosa da origem do universo. Cosmologia e física quântica

Apresentamos a você uma visão completamente nova da origem do Universo, desenvolvida por um grupo de físicos teóricos da Universidade de Indiana e apresentada por Nikodim Poplavsky, funcionário desta universidade.
Cada buraco negro contém um novo universo, o nosso não é exceção, também existe dentro de um buraco negro. Tal afirmação pode parecer estranha, mas é essa suposição que melhor explica o nascimento do Universo e o curso de todos os processos que observamos hoje.
A teoria padrão do Big Bang não responde a muitas perguntas. Isso sugere que o universo começou como uma "singularidade" de um ponto infinitesimal contendo uma concentração infinitamente alta de matéria expandindo seu tamanho para o estado que observamos hoje. A teoria da inflação, a expansão super-rápida do espaço, obviamente responde a muitas perguntas, como por que não foram grandes pedaços de matéria concentrada no estágio inicial do desenvolvimento do Universo que se uniram em grandes corpos celestes: galáxias e aglomerados de galáxias. Mas muitas perguntas permanecem sem resposta. Por exemplo: o que começou depois do Big Bang? O que causou o Big Bang? Qual é a fonte da misteriosa energia escura que vem além dos limites do Universo?
A teoria de que nosso universo está inteiramente dentro de um buraco negro fornece respostas para essas e muitas outras perguntas. Exclui a noção de características fisicamente impossíveis do nosso universo. E se baseia em duas teorias centrais da física.
Primeiro, é a teoria geral da relatividade, a moderna teoria da gravidade. Ele descreve o universo em grande escala. Qualquer evento no Universo é considerado como um ponto no espaço, tempo e espaço-tempo. Objetos maciços, como o Sol, distorcem ou criam "curvas" de espaço-tempo comparáveis ​​a uma bola de boliche apoiada em uma tela suspensa. Um dente gravitacional do Sol altera o movimento da Terra e de outros planetas que a orbitam. A atração dos planetas pelo Sol nos parece uma força da gravidade.
A segunda lei da mecânica quântica, na qual a nova teoria se baseia, descreve o Universo nas menores escalas, como um átomo e outras partículas elementares.
Atualmente, os físicos estão se esforçando para combinar a mecânica quântica e a relatividade geral em uma única teoria da "gravidade quântica" para descrever adequadamente os fenômenos naturais mais importantes, incluindo o comportamento de partículas subatômicas em buracos negros.
Na década de 1960, uma adaptação da relatividade geral para levar em conta os efeitos da mecânica quântica foi chamada de teoria da gravidade de Einstein-Carton-Sciama-Kibble. Ele não apenas fornece um novo passo para a compreensão da gravidade quântica, mas também cria uma imagem alternativa do mundo. Essa variação da relatividade geral inclui uma importante propriedade quântica da mãe conhecida como SPINOM.
As partículas menores, como átomos e elétrons, têm SPINOM, ou momento angular interno, semelhante à rotação de um patinador no gelo. Nesta imagem, o SPIN das partículas interage com o espaço-tempo e lhe confere uma propriedade chamada "torção". Para entender essa torção, pense no espaço não como uma tela bidimensional, mas como uma haste flexível unidimensional. A flexão da haste corresponde à torção espaço-temporal. Se a haste for fina, você pode torcê-la, mas é difícil ver se ela está torcida ou não.
A torção do espaço deve ser perceptível, ou melhor, muito significativa em um estágio inicial da origem do Universo ou em um buraco negro. Sob essas condições extremas, a torção do espaço-tempo deve se manifestar como uma força repulsiva ou gravidade para os objetos mais próximos da curvatura do espaço-tempo.
Tal como acontece com a versão padrão da relatividade geral, estrelas muito massivas acabam caindo em buracos negros: regiões do espaço das quais nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
Aqui está o papel que o processo de torção pode desempenhar no momento inicial do nascimento do universo:
Inicialmente, a atração gravitacional do espaço curvo permitirá que a torção se transforme em uma força repulsiva, levando ao desaparecimento da matéria em regiões menores do espaço. Mas então o processo de torção se torna muito forte, transformando-se em um ponto de densidade infinita, atingindo um estado de densidade extremamente grande, mas finita. Como a energia pode ser convertida em massa, a energia gravitacional muito alta neste estado extremamente denso pode causar intensa criação de partículas, o que aumenta muito a massa dentro do buraco negro.
Um número crescente de partículas com SPIN levará a um nível mais alto de torção espaço-temporal. O momento repulsivo de torção pode parar o colapso da matéria e criar o efeito de um “grande salto” semelhante a uma bola voando para fora da água de antemão, o que levará ao processo de expansão do universo. Como resultado disso, observamos os processos de distribuição de massa, forma e geometria do universo correspondentes a esse fenômeno.
Por sua vez, o mecanismo de torção oferece um cenário incrível, com base no qual cada buraco negro é capaz de produzir um novo e jovem Universo dentro de si.
Assim, nosso próprio universo pode estar dentro de um buraco negro localizado em outro universo.
Assim como não podemos ver o que está acontecendo dentro de um buraco negro, quaisquer observadores no universo pai não podem ver o que está acontecendo em nosso mundo.
O movimento da matéria através da fronteira de um buraco negro é chamado de "horizonte de eventos" e ocorre em apenas uma direção, fornecendo a direção do vetor de tempo, que percebemos como movimento para frente.
A flecha do tempo em nosso Universo, herdamos do Universo pai, através do processo de torção.
A torção também pode explicar o desequilíbrio observado entre matéria e antimatéria no universo. Finalmente, o processo de torção pode ser a fonte de energia escura, uma forma misteriosa de energia que permeia todo o nosso espaço, aumentando a taxa de expansão do universo. A geometria de torção produz uma "constante cosmológica" que se estende às forças externas e é a maneira mais simples de explicar a existência da energia escura. Assim, a expansão acelerada observada do universo pode ser a evidência mais forte de um processo de torção.
A torção, portanto, fornece a base teórica para um cenário no qual um novo universo existe dentro de cada buraco negro. Esse cenário também atua como um meio de resolver vários problemas importantes na teoria e cosmologia da gravidade moderna, embora os físicos ainda precisem combinar a mecânica quântica de Einstein-Carton-Sciama-Kibble com a teoria quântica da gravidade.
Enquanto isso, a nova compreensão dos processos cósmicos levanta outras questões importantes. Por exemplo, o que sabemos sobre o universo pai e o buraco negro que contém nosso próprio universo? Quantas camadas do universo pai temos? Como podemos verificar se nosso universo está em um buraco negro?
Potencialmente, as últimas questões podem ser exploradas, uma vez que todas as estrelas e buracos negros giram, nosso universo deveria ter herdado o eixo de rotação do universo pai como a "direção preferencial".
Uma pesquisa recente de 15.000 galáxias em um hemisfério do universo descobriu que elas são "esquerdas", ou seja, giram no sentido horário, enquanto no outro hemisfério, as galáxias estão "direitas" ou anti-horárias. Mas essa descoberta ainda requer reflexão. De qualquer forma, agora está claro que o processo de torção na geometria do espaço-tempo é o passo certo para uma teoria bem-sucedida da cosmologia.

A grandeza e a diversidade do mundo circundante podem surpreender qualquer imaginação. Todos os objetos e objetos que cercam uma pessoa, outras pessoas, vários tipos de plantas e animais, partículas que só podem ser vistas com um microscópio, bem como aglomerados de estrelas incompreensíveis: todos estão unidos pelo conceito de "Universo".

As teorias sobre a origem do universo foram desenvolvidas pelo homem há muito tempo. Apesar da ausência até mesmo do conceito inicial de religião ou ciência, nas mentes curiosas dos povos antigos surgiram questões sobre os princípios da ordem mundial e sobre a posição de uma pessoa no espaço que a cerca. É difícil contar quantas teorias sobre a origem do Universo existem hoje, algumas delas estão sendo estudadas por cientistas mundialmente famosos, outras são francamente fantásticas.

Cosmologia e seu assunto

A cosmologia moderna - a ciência da estrutura e desenvolvimento do universo - considera a questão de sua origem como um dos mistérios mais interessantes e ainda pouco estudados. A natureza dos processos que contribuíram para o surgimento de estrelas, galáxias, sistemas solares e planetas, seu desenvolvimento, a origem do surgimento do Universo, bem como seu tamanho e limites: tudo isso é apenas uma pequena lista de questões estudadas pelos cientistas modernos.

A busca de respostas para o enigma fundamental sobre a formação do mundo levou ao fato de que hoje existem várias teorias sobre a origem, existência, desenvolvimento do Universo. A empolgação dos especialistas em busca de respostas, construindo e testando hipóteses se justifica, pois uma teoria confiável do nascimento do Universo revelará a toda a humanidade a probabilidade da existência de vida em outros sistemas e planetas.

As teorias da origem do Universo têm o caráter de conceitos científicos, hipóteses individuais, ensinamentos religiosos, ideias filosóficas e mitos. Eles são todos condicionalmente divididos em duas categorias principais:

1. Teorias segundo as quais o universo foi criado por um criador. Em outras palavras, sua essência é que o processo de criação do Universo foi uma ação consciente e espiritualizada, uma manifestação da vontade
2. Teorias da origem do Universo, construídas com base em fatores científicos. Seus postulados rejeitam categoricamente tanto a existência de um criador quanto a possibilidade de uma criação consciente do mundo. Tais hipóteses são muitas vezes baseadas no que é chamado de princípio da mediocridade. Eles sugerem a probabilidade de vida não apenas em nosso planeta, mas também em outros.

Criacionismo - a teoria da criação do mundo pelo Criador

Como o nome indica, o criacionismo (criação) é uma teoria religiosa da origem do universo. Essa visão de mundo é baseada no conceito da criação do Universo, do planeta e do homem por Deus ou o Criador.

A ideia foi dominante por muito tempo, até o final do século 19, quando o processo de acumulação de conhecimento em vários campos da ciência (biologia, astronomia, física) se acelerou e a teoria evolutiva se difundiu. O criacionismo tornou-se uma espécie de reação dos cristãos que aderem a visões conservadoras sobre as descobertas que estão sendo feitas. A ideia dominante naquela época só aumentava as contradições que existiam entre as teorias religiosas e outras.

Qual é a diferença entre teorias científicas e religiosas

As principais diferenças entre teorias de várias categorias residem principalmente nos termos usados ​​por seus adeptos. Assim, em hipóteses científicas, em vez do criador - natureza, e em vez de criação - origem. Junto com isso, há questões que são abordadas de forma semelhante por diferentes teorias ou até mesmo completamente duplicadas.

As teorias da origem do universo, pertencentes a categorias opostas, datam seu próprio surgimento de diferentes maneiras. Por exemplo, de acordo com a hipótese mais comum (a teoria do Big Bang), o Universo foi formado há cerca de 13 bilhões de anos.

Em contraste, a teoria religiosa da origem do universo dá números completamente diferentes:

• Segundo fontes cristãs, a idade do universo criado por Deus na época do nascimento de Jesus Cristo era de 3483-6984 anos.
• O hinduísmo sugere que nosso mundo tem aproximadamente 155 trilhões de anos.

Kant e seu modelo cosmológico

Até o século 20, a maioria dos cientistas era da opinião de que o universo era infinito. Essa qualidade caracterizava o tempo e o espaço. Além disso, na opinião deles, o Universo era estático e uniforme.

A ideia da infinidade do universo no espaço foi apresentada por Isaac Newton. O desenvolvimento dessa suposição foi engajado em quem desenvolveu a teoria sobre a ausência de limites de tempo também. Indo além, em pressupostos teóricos, Kant estendeu a infinidade do universo ao número de produtos biológicos possíveis. Este postulado significava que nas condições do mundo antigo e vasto, sem fim e sem começo, pode haver um número incontável de opções possíveis, em resultado das quais o surgimento de qualquer espécie biológica é real.

Com base no possível surgimento de formas de vida, a teoria de Darwin foi desenvolvida posteriormente. Observações do céu estrelado e os resultados dos cálculos dos astrônomos confirmaram o modelo cosmológico de Kant.

As reflexões de Einstein

No início do século 20, Albert Einstein publicou seu próprio modelo do universo. De acordo com sua teoria da relatividade, dois processos opostos ocorrem simultaneamente no Universo: expansão e contração. No entanto, ele concordou com a opinião da maioria dos cientistas sobre a estacionaridade do Universo, então introduziu o conceito de força repulsiva cósmica. Seu impacto é projetado para equilibrar a atração das estrelas e interromper o processo de movimento de todos os corpos celestes, a fim de manter a natureza estática do Universo.

O modelo do Universo - segundo Einstein - tem um certo tamanho, mas não há fronteiras. Tal combinação só é viável quando o espaço é curvo de tal forma que ocorre em uma esfera.

As características do espaço de tal modelo são:

• Tridimensionalidade.
• Fechando-se.
• Homogeneidade (falta de centro e borda), em que as galáxias são distribuídas uniformemente.

A. A. Fridman: O Universo está se expandindo

O criador do revolucionário modelo de expansão do Universo, A. A. Fridman (URSS) construiu sua teoria com base nas equações que caracterizam a teoria geral da relatividade. É verdade que a opinião geralmente aceita no mundo científico da época era a natureza estática do nosso mundo, portanto, não foi dada a devida atenção ao seu trabalho.

Alguns anos depois, o astrônomo Edwin Hubble fez uma descoberta que confirmou as ideias de Friedman. A remoção de galáxias da vizinha Via Láctea foi descoberta. Ao mesmo tempo, o fato de que a velocidade de seu movimento é proporcional à distância entre eles e nossa galáxia tornou-se irrefutável.

Essa descoberta explica o constante "recuo" de estrelas e galáxias em relação umas às outras, o que leva à conclusão sobre a expansão do universo.

Em última análise, as conclusões de Friedman foram reconhecidas por Einstein, que posteriormente mencionou os méritos do cientista soviético como o fundador da hipótese da expansão do Universo.

Não se pode dizer que haja contradições entre esta teoria e a teoria da relatividade geral, porém, com a expansão do Universo, deve ter havido um impulso inicial que provocou a dispersão das estrelas. Por analogia com a explosão, a ideia foi chamada de "Big Bang".

Stephen Hawking e o Princípio Antrópico

O resultado dos cálculos e descobertas de Stephen Hawking foi a teoria antropocêntrica da origem do universo. Seu criador afirma que a existência de um planeta tão bem preparado para a vida humana não pode ser acidental.

A teoria de Stephen Hawking sobre a origem do Universo também prevê a evaporação gradual dos buracos negros, sua perda de energia e a emissão de radiação Hawking.

Como resultado da busca de evidências, mais de 40 características foram identificadas e verificadas, cuja observância é necessária para o desenvolvimento da civilização. O astrofísico americano Hugh Ross estimou a probabilidade de uma coincidência tão involuntária. O resultado foi o número 10 -53.

Nosso universo contém um trilhão de galáxias, cada uma com 100 bilhões de estrelas. De acordo com os cálculos dos cientistas, o número total de planetas deve ser 10 20. Este número é 33 ordens de grandeza menor do que o calculado anteriormente. Consequentemente, nenhum dos planetas em todas as galáxias pode combinar condições que seriam adequadas para o surgimento espontâneo de vida.

A teoria do big bang: o surgimento do universo a partir de uma partícula insignificante

Os cientistas que apoiam a teoria do big bang compartilham a hipótese de que o universo é o resultado de um grand bang. O principal postulado da teoria é a afirmação de que antes desse evento, todos os elementos do Universo atual estavam contidos em uma partícula que tinha dimensões microscópicas. Enquanto dentro dele, os elementos eram caracterizados por um estado singular no qual indicadores como temperatura, densidade e pressão não podiam ser medidos. Eles são infinitos. A matéria e a energia neste estado não são afetadas pelas leis da física.

O que aconteceu há 15 bilhões de anos é chamado de instabilidade que surgiu dentro da partícula. Os menores elementos dispersos lançaram as bases para o mundo que conhecemos hoje.

No início, o Universo era uma nebulosa formada por minúsculas partículas (menores que um átomo). Então, quando combinados, formaram átomos, que serviram de base para as galáxias estelares. Responder a perguntas sobre o que aconteceu antes da explosão, bem como o que a causou, são as tarefas mais importantes dessa teoria da origem do Universo.

A tabela descreve esquematicamente os estágios da formação do universo após o big bang.

Como segue dos dados acima, o universo continua a se expandir e esfriar.

O aumento constante da distância entre as galáxias é o principal postulado: o que distingue a teoria do big bang. O surgimento do universo dessa forma pode ser confirmado pelas evidências encontradas. Há também motivos para sua refutação.

Problemas da teoria

Dado que a teoria do big bang não é comprovada na prática, não é de surpreender que existam várias perguntas que ela não é capaz de responder:

1. Singularidade. Esta palavra denota o estado do universo, comprimido a um único ponto. O problema da teoria do big bang é a impossibilidade de descrever os processos que ocorrem na matéria e no espaço em tal estado. A lei geral da relatividade não se aplica aqui, por isso é impossível fazer uma descrição matemática e equações para modelagem.
   A impossibilidade fundamental de obter uma resposta à pergunta sobre o estado inicial do Universo desacredita a teoria desde o início. Suas exposições de não-ficção tendem a encobrir ou apenas mencionar essa complexidade de passagem. No entanto, para os cientistas que trabalham para estabelecer uma base matemática para a teoria do big bang, essa dificuldade é reconhecida como um grande obstáculo.
2. Astronomia. Nesta área, a teoria do big bang se depara com o fato de não poder descrever o processo de origem das galáxias. Com base em versões modernas de teorias, é possível prever como uma nuvem homogênea de gás aparece. Ao mesmo tempo, sua densidade agora deve ser de cerca de um átomo por metro cúbico. Para obter algo mais, não se pode fazer sem ajustar o estado inicial do Universo. A falta de informação e experiência prática nesta área tornam-se sérios obstáculos para uma futura modelagem.

Há também uma discrepância entre a massa calculada de nossa galáxia e os dados obtidos ao estudar a velocidade de sua atração para A julgar por tudo, o peso de nossa galáxia é dez vezes maior do que se pensava anteriormente.

Cosmologia e física quântica

Hoje não existem teorias cosmológicas que não se baseiem na mecânica quântica. Afinal, trata-se da descrição do comportamento da física atômica e quântica. A diferença entre física quântica e física clássica (exposta por Newton) é que a segunda observa e descreve objetos materiais, enquanto a primeira assume uma descrição exclusivamente matemática de a própria observação e medição. Para a física quântica, os valores materiais não representam o objeto da pesquisa, aqui o próprio observador atua como parte da situação em estudo.

Com base nessas características, a mecânica quântica tem dificuldade em descrever o universo, pois o observador é parte do universo. No entanto, falando do surgimento do universo, é impossível imaginar estranhos. As tentativas de desenvolver um modelo sem a participação de um observador externo foram coroadas com a teoria quântica da origem do Universo de J. Wheeler.

Sua essência é que a cada momento há uma divisão do Universo e a formação de um número infinito de cópias. Como resultado, cada um dos Universos paralelos pode ser observado e os observadores podem ver todas as alternativas quânticas. Ao mesmo tempo, os mundos original e novo são reais.

modelo de inflação

A principal tarefa que a teoria da inflação é chamada a resolver é a busca de uma resposta para questões que permaneceram inexploradas pela teoria do big bang e pela teoria da expansão. Nomeadamente:

1. Por que o universo está se expandindo?
2. Qual é o big bang?

Para tanto, a teoria inflacionária da origem do universo prevê a extrapolação da expansão para o ponto zero no tempo, a conclusão de toda a massa do universo em um ponto e a formação de uma singularidade cosmológica, que muitas vezes é conhecido como big bang.

A irrelevância da teoria geral da relatividade, que não pode ser aplicada neste momento, torna-se óbvia. Como resultado, apenas métodos teóricos, cálculos e conclusões podem ser aplicados para desenvolver uma teoria mais geral (ou "nova física") e resolver o problema da singularidade cosmológica.

Novas teorias alternativas

Apesar do sucesso do modelo de inflação cósmica, há cientistas que se opõem a ele, chamando-o de insustentável. Seu principal argumento é a crítica às soluções propostas pela teoria. Os opositores argumentam que as soluções resultantes deixam alguns detalhes omitidos, ou seja, em vez de resolver o problema dos valores iniciais, a teoria apenas os cobre com habilidade.

Uma alternativa são algumas teorias exóticas, cuja ideia se baseia na formação de valores iniciais antes do big bang. Novas teorias sobre a origem do universo podem ser brevemente descritas da seguinte forma:

• Teoria das cordas. Seus adeptos propõem, além das habituais quatro dimensões de espaço e tempo, introduzir dimensões adicionais. Eles poderiam desempenhar um papel nos estágios iniciais do universo e, no momento, estar em um estado compactado. Respondendo à pergunta sobre o motivo de sua compactação, os cientistas oferecem uma resposta dizendo que a propriedade das supercordas é a T-dualidade. Portanto, as cordas são "enroladas" em dimensões adicionais e seu tamanho é limitado.
• Teoria das branas. Também é chamada de teoria M. De acordo com seus postulados, no início da formação do Universo, existe um espaço-tempo frio e estático de cinco dimensões. Quatro deles (espaciais) têm restrições, ou paredes - três-branas. Nosso espaço é uma das paredes, e a segunda está escondida. A terceira três branas está localizada no espaço quadridimensional, é limitada por duas branas limítrofes. A teoria considera uma terceira brana colidindo com a nossa e liberando uma grande quantidade de energia. São essas condições que se tornam favoráveis ​​ao surgimento de um big bang.

1. As teorias cíclicas negam a singularidade do big bang, argumentando que o universo passa de um estado para outro. O problema com tais teorias é o aumento da entropia, de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Consequentemente, a duração dos ciclos anteriores foi menor e a temperatura da substância foi significativamente maior do que durante o big bang. A probabilidade disso é extremamente baixa.

Não importa quantas teorias sobre a origem do universo existam, apenas duas delas resistiram ao teste do tempo e superaram o problema da entropia cada vez maior. Eles foram desenvolvidos pelos cientistas Steinhardt-Turok e Baum-Frampton.

Essas teorias relativamente novas da origem do universo foram apresentadas nos anos 80 do século passado. Eles têm muitos seguidores que desenvolvem modelos baseados nele, buscam evidências de confiabilidade e trabalham para eliminar contradições.

Teoria das cordas

Um dos mais populares entre a teoria da origem do Universo - Antes de prosseguir com a descrição de sua ideia, é preciso entender os conceitos de um dos concorrentes mais próximos, o modelo padrão. Ele assume que a matéria e as interações podem ser descritas como um certo conjunto de partículas, divididas em vários grupos:

• Quarks.
• Léptons.
• Bósons.

Essas partículas são, de fato, os blocos de construção do universo, pois são tão pequenas que não podem ser divididas em componentes.

Uma característica distintiva da teoria das cordas é a afirmação de que tais tijolos não são partículas, mas cordas ultramicroscópicas que oscilam. Neste caso, oscilando em diferentes frequências, as cordas tornam-se análogas de várias partículas descritas no modelo padrão.

Para entender a teoria, é preciso perceber que as cordas não são qualquer matéria, são energia. Portanto, a teoria das cordas conclui que todos os elementos do universo são compostos de energia.

O fogo é uma boa analogia. Ao olhar para ele, tem-se a impressão de sua materialidade, mas não pode ser tocado.

Cosmologia para alunos

As teorias da origem do Universo são brevemente estudadas nas escolas nas aulas de astronomia. Os alunos aprendem as teorias básicas sobre como nosso mundo foi formado, o que está acontecendo com ele agora e como ele se desenvolverá no futuro.

O objetivo das aulas é familiarizar as crianças com a natureza da formação de partículas elementares, elementos químicos e corpos celestes. As teorias da origem do universo para crianças são reduzidas a uma apresentação da teoria do big bang. Os professores usam material visual: slides, tabelas, cartazes, ilustrações. Sua principal tarefa é despertar o interesse das crianças pelo mundo que as cerca.

Olhando para uma obra de arte, uma bela paisagem ou uma criança, uma pessoa sempre sente a harmonia do ser.

Em termos científicos, esse sentimento que nos diz que tudo no universo é harmonioso e interconectado é chamado de coerência não local. Segundo Erwin Laszlo, para explicar a presença de um número significativo de partículas no Universo e a evolução contínua, mas não uniforme e linear de tudo o que existe, devemos reconhecer a presença de um fator que não é matéria nem energia.

A importância deste fator é agora reconhecida não apenas nas ciências sociais e humanas, mas também na física e nas ciências naturais. Esta é a informação - a informação como um fator real e eficaz que define os parâmetros do Universo em seu nascimento e, posteriormente, controla a evolução de seus elementos básicos que se transformam em sistemas complexos.

E agora, contando com os dados da nova cosmologia, finalmente chegamos perto de realizar o sonho de todo cientista - a criação de uma teoria holística de tudo.

Criando uma teoria holística de tudo

No primeiro capítulo discutiremos o problema de criar uma teoria de tudo. Uma teoria que merece esse nome deve ser verdadeiramente uma teoria de tudo – uma teoria holística de tudo o que observamos, experimentamos e encontramos, sejam objetos físicos, seres vivos, fenômenos sociais e ecológicos ou criações da mente e da consciência. É possível criar uma teoria tão holística de tudo - e isso será mostrado neste e nos próximos capítulos.

Há muitas maneiras de compreender o mundo: através de nossas próprias ideias, intuição mística, arte e poesia, bem como através dos sistemas de crenças das religiões mundiais. Dos muitos métodos disponíveis, um merece atenção especial, pois se baseia em experiência reproduzível, segue rigorosamente a metodologia e está aberto a críticas e reavaliação. Este é o caminho da ciência.

A ciência importa. Importa não apenas porque é uma fonte de novas tecnologias que mudam nossas vidas e o mundo ao nosso redor, mas também porque nos dá uma visão confiável do mundo e de nós neste mundo.

Mas a visão do mundo através do prisma da ciência moderna é ambígua. Até recentemente, a ciência pintava uma imagem fragmentada do mundo, composta de disciplinas aparentemente independentes. É difícil para os cientistas dizer o que conecta o Universo físico e o mundo vivo, o mundo vivo e o mundo da sociedade, o mundo da sociedade com as esferas da mente e da consciência. Agora a situação está mudando; Na vanguarda da ciência, mais e mais pesquisadores estão se esforçando para obter uma imagem mais holística e unificada do mundo. Em primeiro lugar, isso diz respeito aos físicos que estão trabalhando na criação de teorias unificadas e grandes teorias unificadas. Essas teorias unem os campos e as forças fundamentais da natureza em um arcabouço teórico coerente, sugerindo que eles têm uma origem comum.

Uma tendência particularmente promissora surgiu nos últimos anos na física quântica: uma tentativa de criar uma teoria de tudo. Este projeto é baseado nas teorias de cordas e supercordas (assim chamadas porque essas teorias tratam partículas elementares como filamentos ou cordas vibrantes). As teorias desenvolvidas de tudo usam complexos matemáticos e espaços multidimensionais para criar uma equação mestra que poderia explicar todas as leis do universo.

Teorias físicas de tudo

As teorias de tudo que estão sendo desenvolvidas atualmente pelos físicos teóricos visam alcançar o que Einstein uma vez chamou de "ler a mente de Deus". Ele disse que se pudéssemos combinar todas as leis da natureza física e criar um sistema coerente de equações, seríamos capazes de explicar todas as características do universo com base nessas equações, o que equivaleria a ler a mente de Deus. .

Einstein fez sua própria tentativa desse tipo na forma de uma teoria do campo unificado. Embora tenha continuado seus esforços até sua morte em 1955, ele não descobriu uma equação simples e poderosa que pudesse explicar todos os fenômenos físicos de maneira lógica e coerente.

Einstein foi ao seu objetivo, considerando todos os fenômenos físicos como resultado da interação de campos. Agora sabemos que ele falhou porque não levou em conta os campos e as forças que operam no nível microfísico da realidade. Esses campos (forças nucleares fracas e fortes) ocupam uma posição central na mecânica quântica, mas não na teoria da relatividade.

Hoje, a maioria dos físicos teóricos adota uma abordagem diferente: eles consideram o quantum, um aspecto discreto da realidade física, como a unidade elementar. Mas a natureza física dos quanta foi revisada: eles são considerados não partículas separadas de matéria-energia, mas fios unidimensionais vibrantes - cordas e supercordas. Os físicos estão tentando representar todas as leis da física como a vibração de supercordas em um espaço multidimensional. Eles vêem cada partícula como uma corda que cria sua própria "música" junto com todas as outras partículas. Em um nível cósmico, estrelas e galáxias inteiras vibram juntas, assim como universos inteiros. A tarefa dos físicos é criar uma equação que mostre como uma vibração se relaciona com outra, de modo que todas possam ser expressas em uma superequação. Essa equação decifraria a música, que encarna a harmonia mais ilimitada e fundamental do cosmos.

No momento em que este artigo foi escrito, as teorias de tudo baseadas na teoria das cordas ainda eram ideias ambiciosas: ninguém jamais criou uma superequação que expressasse a harmonia do universo físico em uma fórmula tão simples quanto a E = mc2 de Einstein. De fato, há tantos problemas nessa área que cada vez mais físicos estão sugerindo que um novo conceito será necessário para progredir. As equações da teoria das cordas requerem múltiplas dimensões, o espaço-tempo quadridimensional não é suficiente.

A teoria originalmente exigia 12 dimensões para ligar todas as vibrações em uma única teoria, mas agora acredita-se que "apenas" 10 ou 11 dimensões são suficientes, desde que as vibrações ocorram em um "hiperespaço" mais multidimensional. Além disso, a teoria das cordas requer a existência de espaço e tempo para suas cordas, mas não pode mostrar como o tempo e o espaço poderiam ter surgido. E, finalmente, é confuso que essa teoria tenha tantas soluções possíveis - cerca de 10.500 - que se torna completamente incompreensível por que nosso Universo é do jeito que é (mesmo que cada solução leve a um Universo diferente).

Os físicos que procuram salvar a teoria das cordas apresentam várias hipóteses. Por exemplo, todos os universos possíveis coexistem, embora vivamos em apenas um deles. Ou talvez nosso universo tenha muitas facetas, mas percebemos apenas uma que nos é familiar. Aqui estão algumas hipóteses apresentadas por físicos teóricos que procuram mostrar que as teorias das cordas têm algum grau de realismo. Mas nenhum deles é satisfatório, e alguns críticos, incluindo Peter Voight e Lee Smolin, estão prontos para enterrar a teoria das cordas.

Smolin é um dos fundadores da teoria da gravidade quântica em loop, segundo a qual o espaço é uma rede de células que conecta todos os pontos. A teoria explica como o espaço e o tempo surgiram, e também explica a "ação à distância", ou seja, a estranha "relação" subjacente ao fenômeno conhecido como não-localidade. Exploraremos esse fenômeno com mais detalhes no Capítulo 3.

Não se sabe se os físicos serão capazes de criar uma teoria funcional de tudo. É claro, porém, que mesmo que os esforços sejam bem sucedidos, a criação de uma teoria real de tudo não significará por si só sucesso. Na melhor das hipóteses, os físicos criarão uma teoria física de tudo - uma teoria que não será uma teoria de tudo, mas apenas uma teoria de todos os objetos físicos. Uma verdadeira teoria de tudo incluirá mais do que apenas as fórmulas matemáticas que expressam os fenômenos estudados por essa área da física quântica. Não existem apenas cordas vibrantes e eventos quânticos associados a elas no Universo. A vida, a mente, a cultura e a consciência fazem parte da realidade do mundo, e uma verdadeira teoria de tudo também as levará em conta.

Ken Wilber, autor de The Theory of Everything, concorda. Ele fala de uma "visão holística" incorporada em uma verdadeira teoria de tudo. No entanto, ele não oferece tal teoria, mas principalmente discute o que poderia ser e a descreve em termos da evolução da cultura e da consciência em relação às suas próprias teorias. Ainda não foi criada uma teoria holística de tudo o que tem fundamentos científicos.

Abordagens para uma verdadeira teoria de tudo

Uma verdadeira teoria de tudo pode ser criada. Embora vá além das teorias de cordas e supercordas, nas quais os físicos tentam desenvolver sua própria superteoria, ela se encaixa bem na estrutura da própria ciência. De fato, a tarefa de criar uma verdadeira teoria holística de tudo é mais fácil do que a tarefa de criar uma teoria física de tudo. Como podemos ver, as teorias físicas de tudo tendem a reduzir as leis da física a uma única fórmula - todas aquelas leis que governam a interação de partículas e átomos, estrelas e galáxias; muitas entidades complexas com interações complexas. É mais fácil e razoável buscar as leis e processos básicos que dão origem a essas entidades e suas interações.

A modelagem computacional de estruturas complexas mostra que o complexo é criado e pode ser explicado por condições iniciais básicas e relativamente simples. Como mostrou a teoria dos autômatos celulares de John von Neumann, basta definir os principais componentes do sistema e estabelecer as regras - algoritmos - que governam seu comportamento (esta é a base de todos os modelos de computador: os desenvolvedores dizem ao computador o que fazer em cada estágio do processo de modelagem, e o computador faz o resto). Um conjunto limitado e inesperadamente simples de elementos básicos conduzidos por um pequeno número de algoritmos pode criar uma complexidade aparentemente incompreensível se o processo puder se desdobrar ao longo do tempo. Um conjunto de regras que transportam informações para os elementos inicia um processo que ordena e organiza os elementos, podendo assim criar estruturas e relações cada vez mais complexas.

Ao tentar criar uma verdadeira teoria holística de tudo, podemos seguir um caminho semelhante. Podemos começar com coisas elementares — coisas que dão origem a outras coisas sem serem geradas por elas. Então devemos definir um conjunto simples de regras que criarão algo mais complexo. Basicamente, deveríamos ser capazes de explicar como cada "coisa" no mundo surgiu.

Além das teorias de cordas e supercordas, existem teorias e conceitos na nova física, graças aos quais essa ideia grandiosa pode ser realizada. Usando descobertas nos campos de ponta da teoria de partículas e de campos, podemos identificar a base que gera tudo sem ser ela mesma gerada por algo. Essa base, como veremos, é um mar de energia virtual conhecido como vácuo quântico. Também podemos nos referir ao conjunto de regras (leis da natureza) que nos dizem como os elementos básicos da realidade - partículas conhecidas como quanta - ao interagir com sua base cósmica se transformam em coisas complexas.

No entanto, devemos adicionar um novo elemento para obter uma verdadeira teoria holística de tudo. As leis atualmente conhecidas segundo as quais os objetos existentes do mundo surgem do vácuo quântico são as leis de interação baseadas na transferência e transformação de energia. Essas leis acabaram sendo suficientes para explicar como objetos reais - na forma de pares partícula-antipartícula - são criados e emergem do vácuo quântico. Mas eles não fornecem uma explicação de por que mais partículas foram criadas no Big Bang do que antipartículas; e também como, ao longo de bilhões de anos, as partículas que sobreviveram foram combinadas em estruturas cada vez mais complexas: em galáxias e estrelas, átomos e moléculas e (em planetas adequados) em macromoléculas, células, organismos, sociedades, nichos ecológicos e biosferas.

Para explicar a presença de um número significativo de partículas no Universo (“matéria” em oposição a “antimatéria”) e a evolução contínua, mas não uniforme e linear de tudo o que existe, devemos reconhecer a presença de um fator que não é matéria nem energia. A importância deste fator é hoje reconhecida não só nas ciências sociais e humanas, mas também na física e nas ciências naturais. Esta é a informação - a informação como um fator real e eficaz que define os parâmetros do Universo em seu nascimento e, posteriormente, controla a evolução de seus elementos básicos que se transformam em sistemas complexos.

A maioria de nós entende informações como dados ou o que é conhecido por uma pessoa. As ciências físicas e naturais estão descobrindo que a informação vai muito além dos limites da consciência de uma pessoa individual e até mesmo de todas as pessoas combinadas.

A informação é um aspecto integral da natureza física e biológica. O grande físico David Bohm chamou a informação de um processo que afeta o receptor, "formando-o". Vamos aceitar este conceito.

Informar não é um produto humano, não é algo que criamos quando escrevemos, contamos, falamos e comunicamos. Os sábios da antiguidade sabem há muito tempo, e os cientistas modernos vão aprender novamente, que a informação está presente no mundo independentemente da vontade e das ações humanas e é um fator determinante na evolução de tudo o que preenche o mundo real. A base para a criação de uma verdadeira teoria de tudo é o reconhecimento de que a informação é um fator fundamental na natureza.

Sobre enigmas e mitos

Forças motrizes para a próxima mudança de paradigma na ciência

Começaremos nossa busca por uma verdadeira teoria holística de tudo observando os fatores que aproximam a ciência de uma mudança de paradigma. Os fatores-chave são os mistérios que emergem e se acumulam no curso da investigação científica: anomalias que o paradigma atual não consegue explicar. Isso leva a comunidade científica a buscar novas abordagens para fenômenos anômalos. Tais esforços de pesquisa (nós os chamaremos de "mitos científicos") contêm muitas ideias. Algumas dessas ideias podem conter conceitos-chave que levarão os cientistas a um novo paradigma - um paradigma que pode esclarecer mistérios e anomalias e servir de base para uma verdadeira teoria holística de tudo.

Os principais cientistas buscam expandir e aprofundar sua compreensão do segmento estudado da realidade. Eles entendem cada vez mais sobre a parte ou aspecto relevante da realidade, mas não podem estudar essa parte ou aspecto diretamente - só podem compreendê-lo por meio de conceitos transformados em hipóteses e teorias. Conceitos, hipóteses e teorias não são fortes o suficiente, podem estar errados. De fato, a marca de uma teoria verdadeiramente científica (de acordo com o filósofo da ciência Sir Karl Popper) é a refutação. As teorias são falsificadas quando as previsões feitas a partir delas não são confirmadas por observações. Nesse caso, as observações são anômalas e a teoria em consideração é considerada errônea e rejeitada, ou precisa ser revisada.

A refutação de teorias é o motor do verdadeiro progresso científico. Quando tudo funciona, pode haver progresso, mas é parcial (refinar uma teoria existente para se adequar a novas observações). O progresso real ocorre quando isso não é possível. Mais cedo ou mais tarde chega um momento em que, em vez de tentar revisar as teorias existentes, os cientistas preferem começar a procurar uma teoria mais simples e explicativa. O caminho está aberto para uma renovação fundamental da teoria: uma mudança de paradigma.

Uma mudança de paradigma é desencadeada pelo acúmulo de observações que não se encaixam em teorias aceitas e não podem se encaixar nelas após um simples refinamento de tais teorias. A fase de emergência de um novo e mais aceitável paradigma científico está chegando. O desafio é encontrar novos conceitos fundamentais que formarão a base de um novo paradigma.

Existem requisitos rigorosos para o paradigma científico. Uma teoria baseada nela deveria permitir que os cientistas explicassem todas as descobertas que a teoria anterior pudesse explicar, bem como observações anômalas. Deve unir todos os fatos relevantes em um conceito mais simples e ao mesmo tempo mais completo. Foi exatamente isso que Einstein fez na virada do século 20, quando parou de procurar as causas do estranho comportamento da luz dentro da estrutura da física newtoniana e, em vez disso, criou um novo conceito de realidade física - a teoria da relatividade. Como ele mesmo disse, você não pode resolver um problema no mesmo nível em que ele surgiu. Em um tempo inesperadamente curto, a comunidade física abandonou a física clássica fundada por Newton, e o conceito revolucionário de Einstein tomou seu lugar.

Na primeira década do século XX, a ciência experimentou uma mudança de paradigma. Agora, na primeira década do século 21, mistérios e anomalias estão se acumulando novamente, e a comunidade científica está enfrentando a próxima mudança de paradigma tão fundamental e revolucionária quanto a transição do mundo mecanicista de Newton para o universo relativo de Einstein.

Uma mudança de paradigma moderno vem se formando na academia de ponta há algum tempo. As revoluções científicas não são processos instantâneos onde uma nova teoria toma seu lugar imediatamente. Podem ser rápidas, como no caso da teoria de Einstein, ou mais extensas no tempo, como a transição da teoria clássica de Darwin para os conceitos biológicos mais amplos do pós-darwinismo.

Antes que as revoluções iniciais levem ao resultado final, as ciências em que há anomalias passam por um período de instabilidade. Cientistas tradicionais defendem teorias existentes, enquanto cientistas livres-pensadores em campos de ponta exploram alternativas. Estes apresentam novas ideias que oferecem um olhar diferente sobre os fenômenos familiares aos cientistas tradicionais. Por algum tempo, conceitos alternativos que inicialmente existem na forma de hipóteses de trabalho parecem, se não fantásticos, então estranhos.

Às vezes se assemelham a mitos inventados por exploradores imaginativos. No entanto, eles não são. Os "mitos" dos pesquisadores sérios são baseados em uma lógica cuidadosamente calibrada; eles combinam o que já é conhecido sobre o segmento do mundo que uma determinada disciplina explora com o que ainda é desconcertante. Estes não são mitos comuns, são "mitos científicos" - hipóteses elaboradas que estão abertas a testes e, portanto, podem ser confirmadas ou refutadas por observação e experimento.

Estudar as anomalias que aparecem em observações e experimentos e inventar mitos testáveis ​​que possam explicá-las são componentes importantes da pesquisa científica básica. Se as anomalias continuarem a existir apesar dos melhores esforços dos cientistas que aderem ao velho paradigma, e se este ou aquele mito científico apresentado por cientistas livres-pensadores oferecer uma explicação mais simples e lógica, uma massa crítica de cientistas (principalmente jovens) deixa de aderir ao velho paradigma. É assim que começa a mudança de paradigma. O conceito, que até agora era um mito, começa a ser considerado uma teoria científica confiável.

Existem inúmeros exemplos de mitos bem-sucedidos e fracassados ​​na história da ciência. Mitos confirmados - considerados teorias científicas confiáveis, embora não inteiramente verdadeiras - incluem a sugestão de Charles Darwin de que todas as espécies vivas descendem de ancestrais comuns, e a hipótese de Alan Guth e Andrew Linde de que o universo passou a existir na "expansão" super-rápida que se seguiu ao seu nascimento. nascimento durante o Big Bang. Mitos fracassados ​​(aqueles que ofereceram explicações menos precisas ou melhores para os fenômenos relevantes) incluem a ideia de Hans Driesch de que a evolução da vida segue um plano predeterminado em um processo orientado a propósitos chamado enteléquia, e a hipótese de Einstein de que uma força física adicional, chamada de constante cosmológica, não permite que o universo pereça devido à força da gravidade. (Curiosamente, como aprenderemos, algumas dessas proposições estão agora sendo questionadas: é possível que a teoria da expansão de Guth e Linde seja substituída por um conceito mais amplo de universo cíclico, e a constante cosmológica de Einstein ainda não era errônea ... )

Exemplos de mitos científicos modernos

Aqui estão três hipóteses de trabalho - "mitos científicos" - apresentadas por cientistas altamente respeitados. Todos os três, embora aparentemente incríveis, receberam muita atenção da comunidade científica.

10100 universos

Em 1955, o físico Hugh Everett ofereceu uma explicação surpreendente para o mundo quântico (que mais tarde se tornou a base de um dos romances mais populares de Michael Crichton, Time's Arrow). A hipótese do universo paralelo de Everett está relacionada a uma descoberta misteriosa na física quântica: até que uma partícula seja observada, medida ou manipulada de alguma forma, ela está em um estado curioso, que é uma superposição de todos os estados possíveis. No entanto, quando a partícula é observada, medida ou atuada, esse estado de superposição desaparece: a partícula está em um único estado, como qualquer objeto "comum". Como o estado de superposição é descrito como uma função de onda complexa associada ao nome de Erwin Schrödinger, quando o estado de superposição desaparece, diz-se que a função de onda de Schrödinger colapsa.

O problema é que é impossível dizer qual dos muitos estados virtuais possíveis uma partícula assumirá. A escolha da partícula parece imprevisível – completamente independente das condições que desencadeiam o colapso da função de onda. De acordo com a hipótese de Everett, a indeterminação do colapso da função de onda não reflete as condições existentes no mundo. Não há incerteza aqui: cada estado virtual escolhido pela partícula é certo - ele está simplesmente presente no mundo por si só!

Eis como o colapso acontece: quando um quantum é medido, há uma série de possibilidades, cada uma das quais está associada a um observador ou dispositivo de medição. Percebemos apenas uma das possibilidades em um processo de seleção aparentemente aleatório. Mas, segundo Everett, a escolha não é aleatória, pois essa escolha não ocorre: todos os estados possíveis de um quantum são realizados toda vez que é medido ou observado; eles simplesmente
não são realizados em um mundo. Muitos estados quânticos possíveis são realizados no mesmo número de universos.
Suponha que quando um quantum como um elétron é medido, há cinqüenta por cento de chance de que ele suba e uma chance igual de que ele diminua. Então não temos um Universo no qual um quantum pode subir ou descer com uma probabilidade de 50 a 50, mas dois paralelos. Em um dos universos, o elétron realmente se move para cima e, no outro, desce. Em cada um desses universos há também um observador ou instrumento de medição. Dois resultados existem simultaneamente em dois universos, assim como observadores ou instrumentos de medição.

É claro que, quando os múltiplos estados de superposição de uma partícula convergem em um, não há apenas dois, mas mais estados virtuais possíveis que a partícula pode assumir. Assim, deve haver muitos universos, talvez cerca de 10.100, em cada um dos quais há observadores e instrumentos de medição.

Universo criado pelo observador

Se existem 10.100 ou mesmo 10.500 universos (apesar do fato de que na maioria deles a vida nunca poderia ter surgido), como é que vivemos em um universo onde existem formas complexas de vida? Seria isso uma mera coincidência? Muitos mitos científicos são dedicados a essa questão, incluindo o princípio cosmológico antrópico, que afirma que nossa observação desse universo está relacionada a uma coincidência tão feliz. Recentemente, Stephen Hawking, de Cambridge, e Thomas Hertog, do CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear) apresentaram uma resposta matemática. De acordo com sua teoria do universo criada por observadores, não universos separados se ramificam no tempo e existem por conta própria (como sugere a teoria das cordas), mas todos os universos possíveis existem simultaneamente em um estado de superposição. Nossa existência neste universo escolhe o caminho que leva exatamente a tal universo, entre todos os outros caminhos que levam a todos os outros universos; todos os outros caminhos são excluídos. Assim, nesta teoria, a cadeia causal de eventos é invertida: o presente determina o passado. Isso não seria possível se o universo tivesse um certo estado inicial, pois de um certo estado nasceria uma certa história. Mas, argumentam Hawking e Hertog, o universo não tem um estado inicial definido, nenhum ponto de referência - tal limite simplesmente não existe.

Universo holográfico

Este mito científico afirma que o universo é um holograma (ou pelo menos pode ser considerado como tal). (Em um holograma, que discutiremos com mais detalhes um pouco mais adiante, um modelo bidimensional cria uma imagem em três dimensões.) Acredita-se que todas as informações que compõem o Universo estejam localizadas em sua periferia, que é um superfície bidimensional. Esta informação bidimensional se origina dentro do universo em três dimensões. Vemos o universo como tridimensional, embora algo que o torna o que é seja um campo de informação bidimensional. Por que essa ideia aparentemente absurda se tornou um tópico de controvérsia e pesquisa?

O problema que a teoria do universo holográfico elimina pertence ao campo da termodinâmica. De acordo com sua segunda lei firmemente estabelecida, o nível de caos nunca pode diminuir em um sistema fechado. Isso significa que o nível de caos nunca pode diminuir no universo como um todo porque, se considerarmos o cosmos em sua totalidade, é um sistema fechado (não há fora e, portanto, nada pode se abrir). Que o nível de caos não pode diminuir significa que a ordem que pode ser representada como informação não pode aumentar. De acordo com a teoria quântica, a informação que cria ou mantém a ordem deve ser constante, não pode se tornar mais ou menos.

Mas o que acontece com a informação quando a matéria desaparece em buracos negros? Pode parecer que os buracos negros destroem a informação contida na matéria. Isso, no entanto, desafia a teoria quântica. Para resolver esse mistério, Stephen Hawking, juntamente com Jacob Bekenstein, então na Universidade de Princeton, deduziram juntos que o caos em um buraco negro é proporcional à sua área de superfície. Há muito mais espaço para ordem e informação dentro de um buraco negro do que na superfície. Em um centímetro cúbico, por exemplo, há espaço para 1099 volumes de Planck e apenas 1066 bits de informação na superfície (um volume de Planck é um espaço quase incompreensivelmente pequeno delimitado por lados de 10 a 35 metros). Leonard Susskind, de Stanford, e Gerard ‘t Hooft, da Universidade de Utrech, propuseram que a informação dentro de um buraco negro não é perdida, mas é armazenada holograficamente em sua superfície.

A matemática encontrou um uso inesperado para os hologramas em 1998, quando Juan Maldacena, então na Universidade de Harvard, tentou trabalhar com a teoria das cordas na gravidade quântica. Maldacena descobriu que strings são mais fáceis de trabalhar em 5D do que em 4D. (Percebemos o espaço em três dimensões: dois planos ao longo da superfície e um verticalmente. A quarta dimensão seria perpendicular a esses três, mas não pode ser percebida. Os matemáticos podem adicionar qualquer número de dimensões, afastando-se cada vez mais do mundo percebido .) A solução parecia óbvia: suponha que o espaço de cinco dimensões dentro de um buraco negro seja na verdade um holograma do espaço de quatro dimensões em sua superfície. Então é possível fazer cálculos relativamente fáceis em cinco dimensões, trabalhando com espaço quadridimensional.

O método de redução do número de dimensões é adequado para o Universo como um todo? Como vimos, os teóricos das cordas lutam com muitas dimensões extras, descobrindo que o espaço tridimensional não é suficiente para realizar sua tarefa: unir as vibrações das várias cordas do universo em uma única equação. O princípio holográfico pode ajudar, pois o universo pode ser pensado como um holograma multidimensional armazenado em menos dimensões em sua periferia.

O princípio holográfico poderia tornar a teoria das cordas mais fácil de calcular, mas traz suposições fantásticas sobre a natureza do mundo. Mesmo Gerard ‘t Hooft, que foi um dos fundadores deste princípio, já não o considera indiscutível. Ele disse que, neste contexto, a holografia não é um princípio, mas um problema. Talvez, ele sugeriu, a gravidade quântica pudesse ser derivada de um princípio mais fundamental que não obedece às leis da mecânica quântica.

Em tempos de revolução científica, quando o paradigma existente está sob pressão, novos mitos científicos são apresentados, mas nem todos são confirmados. Os teóricos se arraigaram na crença de que, como disse Galileu, "o livro da natureza está escrito na linguagem da matemática" e esqueceram que nem tudo na linguagem da matemática existe no livro da natureza. Como resultado, muitos mitos criados matematicamente permanecem apenas mitos. Outros, no entanto, carregam as sementes de um progresso científico significativo. Inicialmente, ninguém sabe ao certo qual das sementes germinará e dará frutos. O campo está fervendo, em estado de caos criativo.

Este é o estado de coisas hoje em muitas disciplinas científicas. Fenômenos anômalos estão se multiplicando na cosmologia física, física quântica, biologia evolutiva e quântica e no novo campo de pesquisa da consciência. Eles criam cada vez mais incerteza e forçam os cientistas abertos a ultrapassar os limites das teorias aceitas. Enquanto pesquisadores conservadores insistem que apenas ideias publicadas em revistas científicas conhecidas e reproduzidas em livros didáticos podem ser consideradas científicas, pesquisadores de ponta buscam conceitos fundamentalmente novos, incluindo aqueles que foram considerados fora do escopo de suas disciplinas apenas alguns anos atrás .

Cada vez mais disciplinas científicas descrevem o mundo de maneiras cada vez mais incríveis. A cosmologia adicionou matéria escura, energia escura e espaços multidimensionais a ela; física quântica - partículas que são instantaneamente conectadas no espaço-tempo em níveis mais profundos da realidade; biologia - matéria viva, que demonstra a integridade dos quanta; e os estudos da consciência são conexões transpessoais independentes de espaço e tempo. Estas são apenas algumas das teorias científicas já confirmadas que agora são consideradas de pleno direito.

Novas partículas elementares não podem mais ser detectadas. Além disso, um cenário alternativo permite resolver o problema da hierarquia de massa. O estudo está publicado no arXiv.org.

© Diomedia

A teoria é chamada de naturalidade. É definido em escalas de energia da ordem da interação eletrofraca, após a separação das interações eletromagnética e fraca. Isso foi cerca de dez em menos trinta e dois - dez em menos décimo segundo após o Big Bang. Então, de acordo com os autores do novo conceito, no Universo existia uma partícula elementar hipotética - um rechiton (ou reheaton, do inglês reheaton), cujo decaimento levou à formação da física observada hoje.

À medida que o Universo se tornava mais frio (a temperatura da matéria e da radiação diminuía) e mais plano (a geometria do espaço se aproximava euclidiana), o rechiton se dividia em muitas outras partículas. Eles formaram grupos de partículas que quase não interagiam entre si, quase idênticas em termos de espécies, mas diferindo na massa do bóson de Higgs e, portanto, em suas próprias massas.

O número de tais grupos de partículas, que, segundo os cientistas, existem no Universo moderno, chega a vários milhares de trilhões. Uma dessas famílias inclui tanto a física descrita pelo Modelo Padrão (SM) quanto as partículas e interações observadas em experimentos no LHC. A nova teoria permite abandonar a supersimetria, que ainda é buscada sem sucesso, e resolve o problema da hierarquia de partículas.

Em particular, se a massa do bóson de Higgs formada como resultado do decaimento do réchiton for pequena, a massa das partículas restantes será grande e vice-versa. Isso é o que resolve o problema da hierarquia eletrofraca associada a uma grande lacuna entre as massas observadas experimentalmente de partículas elementares e as escalas de energia do Universo primitivo. Por exemplo, a questão de por que um elétron com massa de 0,5 megaelétron-volts é quase 200 vezes mais leve que um múon com os mesmos números quânticos desaparece sozinho - existem exatamente os mesmos conjuntos de partículas no Universo onde essa diferença não é tão forte .

De acordo com a nova teoria, o bóson de Higgs observado em experimentos no LHC é a partícula mais leve desse tipo, formada como resultado do decaimento de um rechiton. Outros grupos de partículas ainda não descobertas estão associados a bósons mais pesados ​​- análogos dos léptons atualmente descobertos e bem estudados (não participando da interação forte) e hádrons (participando da interação forte).

© Departamento EP / CERN

A nova teoria não anula, mas torna não tão necessária a introdução da supersimetria, que implica dobrar (pelo menos) o número de partículas elementares conhecidas devido à presença de superparceiros. Por exemplo, para um fóton - photono, quark - squark, higgs - higgsino e assim por diante. O spin dos superparceiros deve diferir por meio inteiro do spin da partícula original.

Matematicamente, uma partícula e uma superpartícula são combinadas em um sistema (supermúltiplo); todos os parâmetros quânticos e massas de partículas e seus parceiros em supersimetria exata coincidem. Acredita-se que a supersimetria é quebrada na natureza e, portanto, a massa dos superparceiros excede significativamente a massa de suas partículas. Para detectar partículas supersimétricas, eram necessários aceleradores poderosos como o LHC.

Se existir supersimetria ou quaisquer novas partículas ou interações, os autores do novo estudo acreditam que elas podem ser descobertas em escalas de dez teraelectronvolts. Isso está quase no limite das capacidades do LHC e, se a teoria proposta estiver correta, a descoberta de novas partículas é extremamente improvável.

© arXiv.org

Um sinal próximo a 750 gigaelectronvolts, que poderia indicar o decaimento de uma partícula pesada em dois fótons gama, como cientistas das colaborações CMS (Compact Muon Solenoid) e ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) trabalhando no LHC relataram em dezembro de 2015 e março de 2016 , é reconhecido como ruído estatístico. Desde 2012, quando a descoberta do bóson de Higgs no CERN se tornou conhecida, nenhuma nova partícula fundamental prevista por extensões SM foi identificada.

O cientista canadense e americano de origem iraniana Nima Arkani-Hamed, que propôs uma nova teoria, recebeu o Prêmio de Física Fundamental em 2012. O prêmio foi instituído no mesmo ano pelo empresário russo Yuri Milner.

Portanto, espera-se o surgimento de teorias em que a necessidade de supersimetria desapareça. “Existem muitos teóricos, inclusive eu, que acreditam que este é um momento completamente único em que estamos resolvendo questões importantes e sistêmicas, e não sobre os detalhes de qualquer próxima partícula elementar”, disse o principal autor do novo estudo, um físico. da Universidade de Princeton (EUA).

Nem todo mundo compartilha seu otimismo. Assim, o físico Matt Strassler, da Universidade de Harvard, acredita que a justificativa matemática da nova teoria é absurda. Enquanto isso, Paddy Fox, do Laboratório Nacional de Aceleradores Enrico Fermi, em Batávia (EUA), acredita que a nova teoria será testada nos próximos dez anos. Em sua opinião, as partículas formadas em um grupo com qualquer bóson de Higgs pesado devem deixar seus rastros no CMB - a antiga radiação de microondas prevista pela teoria do Big Bang.

Ecologia Cognitiva: Cientistas da Universidade de Southampton fizeram um grande avanço em sua tentativa de desvendar os mistérios do nosso universo. Uma das últimas conquistas da física teórica é o princípio holográfico.

Cientistas da Universidade de Southampton fizeram um avanço significativo em sua tentativa de desvendar os mistérios do nosso universo. Uma das últimas conquistas da física teórica é o princípio holográfico. Segundo ele, nosso universo é considerado um holograma, e formulamos as leis da física para tal universo holográfico.

O último trabalho do Prof. Skenderis e Dr. Marco Caldarelli da Universidade de Southampton, Dr. Joan Camps da Universidade de Cambridge, e Dr. Blaise Gutero do Instituto Nórdico de Física Teórica da Suécia foi publicado na revista Physical Review D e é dedicado à unificação do espaço-tempo negativamente curvo e do espaço-tempo plano. O artigo explica como, invocando a instabilidade de Gregory-Laflammé, alguns tipos de buracos negros se quebram em menores se perturbados - como um fio de água se quebra em gotas quando você o toca com o dedo. Esse fenômeno de buracos negros foi comprovado anteriormente no quadro de simulações de computador, e o trabalho atual descreveu sua base teórica ainda mais profundamente.

O espaço-tempo é geralmente uma tentativa de descrever a existência do espaço em três dimensões, onde o tempo atua como a quarta dimensão, e todas as quatro se juntam para formar um continuum ou estado no qual os quatro elementos não podem ser separados.

Espaço-tempo plano e espaço-tempo negativo descrevem um ambiente em que o Universo não é compacto, o espaço se expande infinitamente, constantemente no tempo, em qualquer direção. As forças gravitacionais, como as criadas por uma estrela, são melhor descritas pelo espaço-tempo plano. O espaço-tempo negativamente curvo descreve um universo cheio de energia negativa do vácuo. A matemática da holografia é melhor compreendida em termos do modelo espaço-tempo negativamente curvo.

O professor Skenderis desenvolveu um modelo matemático no qual existem semelhanças incríveis entre o espaço-tempo plano e o espaço-tempo negativamente curvo, mas este último é formulado com um número negativo de dimensões além da nossa percepção.

“De acordo com a holografia, em um nível fundamental, o universo tem uma dimensão a menos do que estamos acostumados na vida cotidiana e obedece a leis semelhantes ao eletromagnetismo”, diz Skenderis. “Essa ideia está em consonância com a forma como vemos um holograma comum, quando uma imagem com três dimensões é refletida em um plano bidimensional, como um holograma em um cartão de crédito, mas imagine todo o universo codificado dessa maneira.”
“Nossa pesquisa continua e esperamos encontrar mais ligações entre espaço-tempo plano, espaço-tempo negativamente curvo e holografia. As teorias tradicionais de como nosso universo funciona são reduzidas a uma descrição individual de sua própria natureza, mas cada uma delas entra em colapso em algum momento. Nosso objetivo final é encontrar uma nova compreensão combinada do universo que funcione em todas as direções.”
Em outubro de 2012, o professor Skenderis entrou no top vinte dos cientistas mais proeminentes do mundo. Por considerar a questão "O espaço e o tempo tiveram um começo?" ele recebeu um prêmio de US $ 175.000. Talvez o modelo holográfico do universo nos permita descobrir o que era antes do Big Bang? Publicados