Философите обсъждат природата на "небитие", "нищо", "нищо", "празнота" от хиляди години, но какво може да каже съвременната наука за това? На този въпрос ще отговори Мартин Рийс, астроном от Кралското общество и професор Emeritus по космология и астрофизика в университета в Кеймбридж. Той обяснява, че когато физиците обсъждат "нищо", те означават празно пространство (вакуум). Може да изглежда съвсем обикновено, но експериментите показват, че празното пространство всъщност не е празно - то съдържа мистериозна енергия, която може да ни каже нещо за съдбата на Вселената.
Интервю с Мартин Рийс, представено от списание The Conversation.
Дали празното пространство не е същото като нищо?
Празно пространство ни се струва като нищо. По аналогия водата може да изглежда "нищо" за рибата - това е водата, която остава, когато премахнете всичко останало, което плува в морето. По същия начин празното пространство се оказва доста трудно на практика.
Знаем, че Вселената е много празна. Средната плътност на пространството е около един атом на всеки десет кубически метра - околната среда е много по-разредена от всеки вакуум, който можем да получим на Земята. Но дори и при премахване на цялата материя, пространството има вид еластичност, която (както беше потвърдено наскоро) позволява гравитационните вълни - самото пулсации на пространството - да се разпространяват през него. Освен това научихме, че в самото празно пространство има екзотична форма на енергия.
За първи път научихме за тази вакуумна енергия през 20 век с появата на квантовата механика, която обяснява поведението на атомите и частиците в най-малкия мащаб. От него следва, че празното пространство се състои от поле на колебания във фоновата енергия - което дава живот на вълни и виртуални частици, от време на време се появяват и изчезват в нищото. Те дори могат да създадат мъничка сила. Но какво да кажем за бялото пространство в голям мащаб?
Фактът, че празното пространство създава мащабна сила, беше открит преди 20 години. Астрономите са открили, че разширяването на Вселената се ускорява. Това беше изненада. Разширяването е известно от повече от 50 години, но всички смятат, че разширяването ще се забави поради гравитационното дърпане, което галактиките и другите структури упражняват една върху друга. Така дойде като голяма изненада за всички, че забавянето поради гравитацията се компенсира от нещо, което "натисна" разширяването. Оказа се, че в самото празно пространство има енергия, която създава своеобразно отблъскване, което превишава привличането на гравитацията на тези големи мащаби. Това явление - тъмната енергия - е най-невероятната проява на факта, че празното пространство не е набръчкано или празно. Освен това,този факт определя по-нататъшната съдба на нашата Вселена.
Промоционално видео:
Има ли ограничение за това, което можем да научим? В мащаб трилион трилиона пъти по-малък от атом, квантовите колебания в пространството и времето могат да родят не само виртуални частици, но и виртуални черни дупки. Това е в границите, които не можем да наблюдаваме и да разберем кое, поне хипотетично, трябва да съчетаем теорията на гравитацията с квантовата механика - и това е невероятно трудно.
Има няколко теории за разбирането на това, от които най-известната е теорията на струните. Но никоя от тези теории все още не е свързана с реалния свят - така че те все още са безпочвени. Мисля, че почти всеки ще разпознае, че самото пространство има сложна структура в малък мащаб, където се срещат гравитационните и квантовите ефекти.
Знаем, че нашата Вселена има три пространствени измерения: можете да се движите наляво и надясно, напред и назад, нагоре и надолу. Времето е като четвъртото измерение. Съществува обаче силно подозрение, че ако увеличите една малка точка в пространството, докато почувствате тази мъничка скала, ще откриете, че това ще бъде гъсто сгъстен оригами от пет допълнителни измерения, които не можем да видим. Сякаш гледаш маркуча отдалеч и си мислиш, че това е просто линия. Приближавайки се, ще видите, че едно измерение е по същество три. Теорията на струните включва сложна математика - както и конкурентните теории. Но това е точно теорията, от която се нуждаем, ако искаме да разберем на най-дълбоко ниво най-близкото до пустотата, която може да си представим: празно пространство, очевидно.
В рамките на сегашното ни разбиране как можем да обясним, че цялата ни вселена се разширява от нищо? Възможно ли е наистина да започна с малко колебание на енергията на вакуума?
Някои мистериозни преходи или колебания могат изведнъж да доведат до факта, че част от пространството започва да се разширява, както смятат някои теоретици. Колебанията, присъщи на квантовата теория, биха могли да разклатят цялата вселена, ако тя се компресира до достатъчно малки мащаби. Това трябваше да се случи за около 10 (до -44) секунди - това е времето на Планк. На тези мащаби времето и пространството са преплетени, така че идеята за часовник, който тиктака, няма смисъл. Можем да екстраполираме нашата Вселена с висока степен на сигурност обратно към наносекундата и с голяма степен на вероятност ще се върнем по-близо до времето на Планк. Но след това нашите предположения вече не са валидни - физиката в този мащаб е заменена от някаква друга, по-сложна теория.
Ако може колебанието в някаква случайна част от празното пространство да даде живот на Вселената, защо не може същото да се случи с друга част от празното пространство - и да даде живот на паралелни вселени в безкраен мултиселен?
Идеята, че Големият ни взрив не е единственият и че това, което виждаме чрез нашите телескопи, е мъничко парче физическа реалност, е доста популярна сред физиците. И има много версии на цикличната вселена. Точно преди 50 години се появиха сериозни доказателства, че Големият взрив дори се е случил. Но оттогава има спекулации, че той може да бъде само епизод в циклична вселена. Има и тенденция да разбираме, че физическата реалност е много повече от обема на пространството и времето, което можем да усетим, дори и с най-мощните телескопи.
Следователно ние нямаме представа дали е имало един Голям взрив или е имало много - има сценарии, които предсказват много Големи Взриви и сценарии, които прогнозират такъв. Мисля, че трябва да ги изучим всички.
Какъв е краят на Вселената?
Най-простата прогноза за далечното бъдеще е, че Вселената ще продължи да се разширява все по-бързо и по-бързо, ставайки по-студена и по-празна. Частиците в него могат да се разпаднат, разтваряйки се безкрайно в празнота. Може да се окажем в огромен обем пространство, но той ще бъде още по-празен, отколкото пространството сега. Това е един от сценариите. Има и други, които прогнозират „обръщане“на посоката на тъмната енергия, от отблъскване към привличане, в резултат на което ще бъдем компресирани в плътна точка.
Има и идеята на Роджър Пенроуз, че Вселената ще продължи да се разширява, ставайки все по-разредена, но по някакъв начин - когато в нея няма нищо освен фотони, частици светлина - обектите в нея ще бъдат калибрирани отново и пространството по някакъв начин ще се превърне в генератор на нов Голям взрив … Това ще бъде много екзотична версия на старата циклична вселена - но моля, не ме моли да обяснявам идеите на Пенроуз.
Колко сте уверени, че науката един ден ще разкрие мистерията на това „нищо“? Дори ако можем да докажем, че Вселената се е появила от странно колебание на вакуумно поле, не би ли трябвало да се чудим откъде идва това вакуумно поле?
Науката се опитва да даде отговори, но всеки път, когато ги намерим, възникват нови въпроси - никога няма да имаме пълната картина. Когато започнах да правя изследвания в края на 60-те, имаше съмнения, че изобщо има Голям взрив. Сега вече няма съмнение и можем да кажем с точност от около 2%, че Вселената е била същата за 13,8 милиарда години, до първата наносекунда. Това е голям напредък. Смешно оптимистично е да вярваме, че в следващите 50 години ще подредим трудните въпроси за случващото се в квантовата или „инфлационна“епоха.
Но, разбира се, възниква друг въпрос: колко наука ще бъде разбираема за човешкия мозък? Възможно е математиката на теорията на струните в някакъв смисъл да е правилно описание на реалността, но никога не можем да я разберем достатъчно добре, за да я тестваме срещу всяко истинско наблюдение. Тогава може да се наложи да изчакаме да се появят някои пост-хора, за да придобием по-пълно разбиране.
Иля Кел
