Докато има човечество, толкова много и то се опитва да разбере структурата на Вселената. Да, мнозина казват, че това е „безполезна суета“, ние всъщност не знаем нищо и няма да научим нищо през следващите поколения, а може би дори до края на човешката цивилизация. Е, може би са прави, но нека спекулираме …
Теорията за Големия взрив се превърна в почти толкова общоприет космологичен модел, колкото и въртенето на Земята около Слънцето. Според теорията преди около 14 милиарда години спонтанните трептения в абсолютна пустота са довели до появата на Вселената. Нещо с размерите на субатомна частица се разшири до невъобразими размери за части от секундата. Но в тази теория има много проблеми, над които физиците се борят, излагайки все повече и повече нови хипотези.
И така, какво не е наред с теорията за Големия взрив?
Какво лошо има в теорията за големия взрив
1. ОТ ТЕОРИЯТА следва, че всички планети и звезди са образувани от прах, разпръснат из космоса в резултат на експлозия. Но какво е предшествано, не е ясно: тук нашият математически модел на пространство-време спира да работи. Вселената е възникнала от първоначално единично състояние, към което съвременната физика не може да бъде приложена. Теорията също не разглежда причините за сингулярността или материята и енергията за нейното възникване. Смята се, че отговорът на въпроса за съществуването и произхода на първоначалната сингулярност ще бъде даден от теорията на квантовата гравитация.
Промоционално видео:
2. НАЙ-КОЗМОЛОГИЧНИТЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЯТ, че цялата Вселена е много по-голяма от наблюдаваната част - сферична област с диаметър около 90 милиарда светлинни години. Виждаме само онази част от Вселената, светлината от която е успяла да достигне Земята за 13,8 милиарда години. Но телескопите се подобряват, откриваме все повече и повече отдалечени обекти и засега няма причина да вярваме, че този процес ще спре.
3. ОТ МОМЕНТА НА ГОЛЕМАТА ЕКСПЛОЗИЯ ВСЕЛЕНАТА СЕ РАЗШИРЯВА С УСКОРЕНИЕ. Най-трудната загадка на съвременната физика е въпросът какво причинява ускорението. Според работната хипотеза Вселената съдържа невидим компонент, наречен „тъмна енергия“. Теорията за Големия взрив не обяснява дали Вселената ще се разширява за неопределено време и ако е така, до какво ще доведе - до нейното изчезване или нещо друго.
4. Макар и Нютоновата механика, изпъкваща от относителната физика, не може да се нарече погрешна. Въпреки това, възприятието за света и моделите за описание на Вселената са напълно променени. Теорията за Големия взрив предсказва редица неща, които не са били известни преди. По този начин, ако на негово място дойде друга теория, тя трябва да бъде подобна и да разшири разбирането за света.
Ще се спрем на най-интересните теории, описващи алтернативни модели от Големия взрив.
Вселената е като мираж на черна дупка
Вселената произхожда от колапса на звезда в четиримерна вселена, твърдят учени от Института за теоретична физика "Периметър". Резултатите от техните изследвания са публикувани в Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann и Razi Purhasan казват, че нашата триизмерна вселена се е превърнала в своеобразен "холографски мираж", когато се срути четиримерна звезда. За разлика от теорията за Големия взрив, според която Вселената е възникнала от изключително горещо и гъсто пространство-време, където стандартните закони на физиката не се прилагат, новата хипотеза за четиримерна Вселена обяснява както причините за нейния произход, така и бързото й разрастване
Според сценария, формулиран от Afshordi и неговите колеги, нашата триизмерна вселена е един вид мембрана, която се носи през още по-обемна вселена, която вече съществува в четири измерения. Ако в това четиримерно пространство имаше собствени четириизмерни звезди, те също щяха да експлодират, подобно на триизмерните в нашата Вселена. Вътрешният слой ще се превърне в черна дупка, а външният слой ще бъде хвърлен в космоса.
В нашата вселена черните дупки са заобиколени от сфера, наречена хоризонт на събитията. И ако в триизмерното пространство тази граница е двумерна (като мембрана), то в четиримерната вселена хоризонтът на събитията ще бъде ограничен от сфера, която съществува в три измерения. Компютърни симулации на колапса на четиримерна звезда показаха, че нейният триизмерен хоризонт на събитията постепенно ще се разширява. Това наблюдаваме, наричайки растежа на 3D мембраната разширяване на Вселената, смятат астрофизиците.
Голям замразяване
Алтернатива на Големия взрив може да бъде Големият замръзване. Екип от физици от Университета в Мелбърн, воден от Джеймс Квач, представи модел на раждането на Вселената, който прилича повече на постепенен процес на замразяване на аморфната енергия, отколкото на нейното изпръскване и разширяване в три посоки на космоса.
Според учените безформената енергия като вода, охладена до кристализация, създава обичайните три пространствени и едно времеви измерения.
Теорията за голямото замразяване поставя под съмнение приетото в момента твърдение на Алберт Айнщайн относно приемствеността и гладкостта на пространството и времето. Възможно е пространството да има съставни части - неделими градивни елементи като малки атоми или пиксели в компютърната графика. Тези блокове са толкова малки, че не могат да бъдат наблюдавани, но следвайки новата теория могат да бъдат открити дефекти, които трябва да пречупят потоците на други частици. Учените са изчислили подобни ефекти с помощта на математически апарат и сега ще се опитат да ги открият експериментално.
Вселена без начало или край
Ахмед Фараг Али от университета Бенха в Египет и Саурия Дас от университета Летбридж в Канада предложиха ново решение на проблема със сингулярността, като се отказаха от Големия взрив. Те въведоха идеите на известния физик Дейвид Бом в уравнението на Фридман, описващо разширяването на Вселената и Големия взрив. „Удивително е, че малките изменения могат потенциално да решат толкова много въпроси“, казва Дас.
Полученият модел комбинира общата теория на относителността и квантовата теория. Той не само отрича сингулярността, предшестваща Големия взрив, но и не позволява на Вселената да се свие обратно в първоначалното си състояние с течение на времето. Според получените данни Вселената има краен размер и безкраен живот. Във физически план моделът описва Вселената, изпълнена с хипотетична квантова течност, която се състои от гравитони - частици, които осигуряват гравитационно взаимодействие.
Учените също твърдят, че техните открития са в съответствие с последните измервания на плътността на Вселената.
Безкрайна хаотична инфлация
Терминът "инфлация" се отнася до бързото разширяване на Вселената, което се е случило експоненциално в първите моменти след Големия взрив. Сама по себе си теорията за инфлацията не опровергава теорията за Големия взрив, а само я тълкува по различен начин. Тази теория решава няколко основни проблема във физиката.
Според инфлационния модел, малко след създаването си, Вселената се разширява експоненциално за много кратко време: размерът й се удвоява многократно. Учените вярват, че за 10 до -36 градуса от секундата Вселената се е увеличила по размер с поне 10 до 30-50 градуса, а може би и повече. В края на инфлационната фаза Вселената се напълни със супер гореща плазма от свободни кварки, глюони, лептони и високоенергийни кванти.
Концепцията предполага, че в света има много изолирани вселени с различни устройства.
Физиците са стигнали до извода, че логиката на инфлационния модел не противоречи на идеята за постоянно многократно раждане на нови вселени. Квантовите колебания - същите като тези, породили нашия свят - могат да се появят във всяко количество, при условие че условията са правилни. Напълно възможно е нашата Вселена да е излязла от зоната на флуктуация, образувана в света на предшествениците. Може също така да се предположи, че някога и някъде в нашата Вселена ще се образува флуктуация, която ще „издуха“млада вселена от съвсем различен вид. В този модел детските вселени могат непрекъснато да процъфтяват. Освен това изобщо не е необходимо същите физически закони да се установяват в новите светове. Концепцията предполага, че в света има много изолирани вселени с различни устройства.
Циклична теория
Пол Стайнхард, един от физиците, положили основите на инфлационната космология, реши да доразвие тази теория. Ученият, който оглавява Центъра за теоретична физика в Принстън, заедно с Нийл Турок от Периметърския институт за теоретична физика, изложи алтернативна теория в книгата „Безкрайна Вселена: Отвъд Големия взрив“(„Безкрайна Вселена: Отвъд Големия взрив“). Техният модел се основава на обобщение на квантовата теория на суперструните, известна като М-теория. Според нея физическият свят има 11 измерения - десет пространствени и едно времево. В него "плуват" пространства с по-ниски размери, така наречените брани (съкращение от "мембрана"). Нашата Вселена е само една такава брана.
Моделът на Щайнхард и Турок твърди, че Големият взрив е възникнал в резултат на сблъсъка на нашата брана с друга брана - неизвестна вселена. При този сценарий сблъсъците се случват безкрайно. Според хипотезата на Щайнхард и Турок, друга триизмерна брана „плува“до нашата брана, разделена от мъничко разстояние. Той също се разширява, изравнява и изпразва, но след трилион години браните ще започнат да се сближават и в крайна сметка да се сблъскат. Това ще освободи огромно количество енергия, частици и радиация. Този катаклизъм ще стартира нов цикъл на разширяване и охлаждане на Вселената. От модела на Щайнхард и Турок следва, че тези цикли са били в миналото и със сигурност ще се повторят в бъдеще. Как са започнали тези цикли, теорията мълчи.
Вселената е като компютър
Друга хипотеза за структурата на Вселената казва, че целият ни свят не е нищо повече от матрица или компютърна програма. Идеята, че Вселената е цифров компютър, е предложена за първи път от германския инженер и пионер в компютрите Конрад Цузе в книгата му „Изчисляване на пространството“. Сред онези, които също разглеждат Вселената като гигантски компютър, са физиците Стивън Волфрам и Джерард Т Хофт.
Теоретиците на цифровата физика предполагат, че Вселената е по същество информация и следователно изчислима. От тези предположения следва, че Вселената може да се разглежда като резултат от компютърна програма или цифрово изчислително устройство. Този компютър може да бъде например гигантски клетъчен автомат или универсална машина на Тюринг.
Принципът на несигурност в квантовата механика се нарича косвено доказателство за виртуалната природа на Вселената.
Според теорията всеки обект и събитие от физическия свят идва от задаване на въпроси и регистриране на отговори „да“или „не“. Тоест зад всичко, което ни заобикаля, се крие определен код, подобен на двоичния код на компютърна програма. И ние сме един вид интерфейс, чрез който се появява достъпът до данните на „универсалния Интернет“. Принципът на несигурност в квантовата механика се нарича косвено доказателство за виртуалната природа на Вселената: частиците материя могат да съществуват в нестабилна форма и са „фиксирани“в определено състояние само при тяхното наблюдение.
Последователят на цифровата физика Джон Арчибалд Уилър пише: „Не би било неразумно да си представим, че информацията е в сърцевината на физиката, както и в сърцевината на компютъра. Всичко от малко. С други думи, всичко, което съществува - всяка частица, всяко силово поле, дори самият пространствено-времеви континуум - получава своята функция, своето значение и в крайна сметка самото си съществуване."
Текстописец Артьом Лучко