Повеќе црни дупки отколку што можам да објаснам

80 проценти - еве колку ултравиолетова светлина „не е доволна“ во вселената. Ова неодамна беше објавено од страна на научниците врз основа на набљудувањата направени со помош на спектрографот Cosmic Origins инсталиран на вселенскиот телескоп Хабл. Тоа значи дека мора да биде пет пати повеќе од она што го снимаме. Ова е само еден од многуте примери на мистерии и мистерии на универзумот кои постојат и денес.

Количината на космички јонизиран водород укажува на исчезнатото зрачење. На крајот на краиштата, атомите мораа да примаат фотони од некаде, што ги „исфрли електроните“ од нивните орбити околу атомските јадра. Познатите извори на светлина - квазари или - не се доволни за да се објасни толку голем број јонизирани атоми.

Се разбира, ова може да се должи на недоволен примерок од просторот земен за споредба. Истражувачите сугерираат дека во поголем обем, рамнотежата на јоните и зрачењето може да се совпаднат. Меѓутоа, може да се праша дали тоа не значи дека просторот е хетероген и некаде многу различен од она што го гледаме во соседството?

Повторувачка мисла за холограмот

Холографскиот принцип е теорија развиена од Gerardus 't Hooft и Leonard Susskind која, во својата „силна верзија“, вели дека описот на секое тродимензионално тело или регион на просторот е содржан во дводимензионалната површина што го опкружува тоа тело.

1. Графички приказ на холографскиот експеримент

Во пошпекулативна, „слаба“ верзија, тој прокламира дека целиот универзум може да се смета како дводимензионална информациска структура „нацртана“ на космолошкиот хоризонт. Холографскиот принцип може да се користи за да се објасни парадоксот на информации црни дупки во контекст на теоријата на струни.

Идејата за вселенски холограм му припаѓа на самиот Стивен Хокинг. Во средината на 70-тите, Хокинг теоретски предвиде дека црните дупки на крајот ќе испарат и ќе исчезнат. Овој пар се нарекува Хокинг зрачење. Не содржи никакви информации за црната дупка, па кога испарува, засекогаш се губат сите податоци за ѕвездата од која настанала црната дупка.

Сепак, ова е во спротивност со широко распространетото верување дека информациите не можат да се уништат. Така, се создаде информативен парадокс. Црна дупка. Џејкоб Бекенштајн, научник од Хебрејскиот универзитет во Ерусалим, одлучил да го реши овој парадокс. Според него, ентропијата на црната дупка, синоним за информациите што ги содржи, е пропорционална со областа на нејзиниот хоризонт на настани.

Хоризонтот на настани е теоретска точка зад која нема враќање, т.е. сè што поминува низ него е проголтано од црната дупка. Врз основа на теориите на Хокинг и Бекенштајн, теоретичарите заклучија дека микроскопските квантни бранови на хоризонтот на настани може да кодираат информации за црните дупки. Ова значи дека тродимензионалните информации за ѕвездата што ја формирала црната дупка можат да бидат кодирани во дводимензионалниот хоризонт на настани на црната дупка.

Саскинд и Хуфт го проширија ова на целиот универзум, сугерирајќи дека има и хоризонт на настани. Ова е локацијата на која се проширил во текот на своето постоење. Научниците од теоријата на струни се согласуваат со ова мислење.

Експериментот, лансиран во летото 2014 година и со кодно име Fermilab E-990, се вели дека „тестира дали универзумот е холограм“. Неговата цел е да ја демонстрира квантната природа на самиот простор и присуството на она што научниците го нарекуваат „холографски шум“.

Како што е познато, Хајзенберговиот принцип на квантна несигурност покажува дека е невозможно истовремено да се одреди точната локација и брзината на движење на елементарните честички. Сега научниците сакаат да откријат дали просторот во кој материјата престојува, вибрира и се движи ја има истата неизвесност, т.е. има и квантна природа.

Кога би бил константен и не подложен на квантни флуктуации, би претставувал теоретска референтна точка што овозможува точно да се опишат честичките. Но, научниците се сомневаат дека тоа не е така, а геометријата на просторот исто така е предмет на такви квантни флуктуации, кои тие ги нарекуваат „холографски шум“.

Експериментот планиран во Фермилаб ќе тестира уред наречен холометар. Се состои од два интерферометри поставени еден до друг кои испраќаат ласерски зраци од еден киловат до уред кој ги дели на два нормални зраци од 40 метри.

Тие потоа се враќаат во точката на поделба, создавајќи флуктуации во осветленоста на светлосните зраци. Доколку предизвикаат одредено движење во уредот за поделба, тоа ќе ја докаже вибрацијата на самиот простор (1). Уште во 2009 година, Крег Хоган, физичар од истиот Фермилаб, предложи холографска теорија врз основа на неговите експерименти.

Тој откри дека бучавата доаѓа од границата на време-просторот, каде што времето и просторот престануваат да формираат континуум. Теоријата на холограмот добро објаснува некои од парадоксите поврзани со црни дупки или основните концепти за структурата на Универзумот.

Некои научници предлагаат да се прошири на целата реалност. Меѓутоа, неговото прифаќање би значело дека се согласуваме со концептот дека целото наше секојдневно искуство не е ништо повеќе од холографски одраз на физички процес што се случува во далечен дводимензионален простор.

2. Напредна антена со ласерски интерферометар - eLISA

Погледнете го одблизу вселената

Постоењето на исконски гравитациски бранови е исто така поврзано со „шумот“ на време-просторот. Нивното високопрофилно откритие од страна на астрономите и опсерваторијата BICEP2, која некои ја сметаат за најважниот научен настан на векот, веќе е доведена во прашање бидејќи скептиците веруваат дека набљудувањата не ја опфаќаат космичката прашина и затоа може да бидат погрешни. .

Меѓутоа, во пракса, ова не го поништува откритието, туку само значи дека неговите резултати може да бараат дополнителна проверка. Се вели дека ова е најдобрата потврда на општата теорија на релативноста, и иако тоа не е ниту единствениот доказ за валидноста на изјавите на Алберт Ајнштајн, ниту, очигледно, најубедливиот, визијата на големиот физичар мора да се тестира. многу пати, така што нема сомнеж дека тоа е најдобар опис на Универзумот.

Во наредните години, научниците ќе имаат и ќе имаат се повеќе и повеќе алатки за проучување на феномени досега познати главно од теоретското расудување. Еден од нив, наречен напреден ласерски интерферометар вселенска антена (eLISA), е дизајниран да детектира гравитациони бранови кои произлегуваат од судири на огромни црни дупки (2).

Друга вселенска опсерваторија, Евклид, ќе истражува како се проширил Универзумот и како тоа се поврзува со темната материја и енергија. За возврат, вселенскиот телескоп Атина се очекува да детектира моќни извори на Х-зраци на периферијата на црните дупки. Гравитационата опсерваторија со ласерски интерферометар (LIGO) со седиште во земјата, исто така, ќе ги проучува црните дупки.

И мрежата на телескопи лоцирани низ целиот свет, колективно позната како телескоп Хоризонт на настани, може да погледне во Црна дупка во центарот на нашиот Млечен Пат. Најголемата надеж за тестирање на општата теорија на релативноста на Ајнштајн почива на уште една опсерваторија, низата квадратни километри (SKA).

Како што сугерира името, вкупната површина на антените на овој комплекс треба да биде квадратен километар (3), а неговата чувствителност треба да биде 50 пати поголема од можностите на уредите што ни се познати досега. Ќе се состои од 4 илјади посебни антени во Западна Австралија и Јужна Африка.

Сите елементи на овој систем ќе бидат поврзани со оптички влакна со голем суперкомпјутер, чија задача ќе биде да создаде сложена слика. SKA ќе започне со работа не порано од 2022 година.

3. Низа од квадратни километри

Биг Бенг - НЕ!

Сепак, пред соодветно точните научни инструменти да ни дадат несомнени податоци, шампионите на теоретската астрофизика имаат простор да се покажат. И тие може да ве шокираат. Можеме да кажеме дека новата космолошка теорија на тајванските физичари дава нешто за нешто.

Во нивниот модел исчезнува темната енергија, што од гледна точка на многу истражувачи е многу проблематично. За жал, мораме да претпоставиме дека Универзумот нема ниту почеток ниту крај. Значи, немаше Биг Бенг, на кој веќе се навикнати повеќето научници и обични луѓе!

Авторот на новиот модел на сè, Вун-Ји Шу од тајванскиот национален универзитет Цинг Хуа, ги опишува времето и просторот не како посебни елементи, туку како тесно поврзани елементи кои можат да се заменат едни со други.

Ниту брзината на светлината ниту гравитациската константа не се константни во овој модел, туку се фактори за претворање на времето и масата во големина и простор како што се шири универзумот. Теоријата на Шу може да се смета за фантазија, но „традиционалниот“ модел на универзум што се шири со 75 проценти проширување на темната енергија е исто така проблематичен.

Некои забележуваат дека со оваа теорија, научниците го „протнале под тепих“ физичкиот закон за зачувување на енергијата. Тајванската теорија не ги нарушува принципите на зачувување на енергијата, но, пак, има проблем со микробрановата позадинско зрачење, која се смета за остаток од Големата експлозија. Работата за подобрување на неговата теорија продолжува.

4. Мултиверзумот е една од уметничките визии

Индискиот научник Абхас Митра, исто така, е постојан критичар на теоријата на Биг Бенг долги години. Својата работа ја објавува во големи научни списанија, но повеќето научници го игнорираат. Ова исто така го доведува во прашање постоењето црни дупки како што разбира модерната наука.

Кога гореспоменатиот Стивен Хокинг ја измени својата теорија за црните дупки на почетокот на 2014 година, Митра рече дека познатиот физичар сега ги кажува истите работи за овие објекти што тој самиот ги кажувал со години, изненаден што кога бил игнориран, говорот на Хокинг бил толку нашироко коментирано.

Како што знаеме, Хокинг неодамна тврдеше дека една од најчесто повторуваните „сигурности“ е црни дупки – концептот на хоризонт на настани, над кој ништо не може да оди, е некомпатибилен со квантната физика.

Теоретските експерименти спроведени од физичарот Џо Полчински од Институтот Кавли во Калифорнија покажуваат, на пример, дека ако овој непробоен хоризонт на настани е конзистентен со квантната физика, тоа би требало да биде нешто како огнен ѕид, честичка што се распаѓа.

Хокинг ги објави своите нови ставови на интернет како „Зачувување на информации и временска прогноза за црните дупки“. Тој ја објасни еволуцијата на неговите ставови во интервју за Nature. Новиот предлог на Хокинг е „видлив хоризонт“ во кој материјата и енергијата привремено се складираат и потоа се ослободуваат во искривена форма.

Поточно, ова е отстапување од идејата за јасна граница на црна дупка. Физичарот во своето најново дело тврди дека се работи за Црна дупка не се формира апсолутен хоризонт, така што никогаш нема затворен простор надвор од кој ништо не може да оди.

Наместо тоа, околу него се случуваат огромни флуктуации во време-просторот, при што е тешко да се зборува за нагло одвојување на црната дупка од околниот простор. Друга импликација на новите идеи на Хокинг е дека материјата привремено станува заробена во црна дупка, која може да се „распушти“ и да ослободи сè одвнатре. За да не се изгуби информацијата, таа беше објавена порано Црна дупка целосно ќе испари.

Мултиверзум и визии

Ако комбинираме две големи откритија во научното размислување - Хигсовиот бозон од 2012 година и оваа година, направени од телескопот BICEP2, и во врска со гравитационите бранови кои ја потврдуваат инфлациската фаза на проширувањето на Универзумот, тогаш ... резултатите може да бидат неочекувани.

5. Визуелизација на универзумот

На пример, така што без „нешто друго“ Универзумот не би постоел многу долго. Британските научници од Кралскиот колеџ во Лондон објавија труд во кој се гледа дека ако се што знаеме постои во „Хигсовото поле“ кое дава маса на честичките, а набљудувањата на BICEP2 се точни, тогаш се потврдува дека имало фаза на инфлаторно „туркање“. честички во Хигсовото поле, но универзумот тогаш тоа ќе потрае не повеќе од една секунда!

Бидејќи тоа не се случи, мораме да претпоставиме дека постои дополнително „нешто“, некој елемент што го спречува добиениот универзум веднаш да се сруши во себе. Во меѓувреме, Универзумот постои 13,8 милијарди години.

„Ако она што го покажа BICEP2 е точно, тогаш мора да има некоја интересна физика на честички надвор од Стандардниот модел“, коментира Роберт Хоган, еден од авторите на студијата на Универзитетот во Лондон. Визијата за мултиверзум (4), во кој нашиот универзум е само еден од бесконечниот број други што се појавуваат како меурчиња во сапуница, станува сè попопуларна..

Спејсвремето тогаш би бил многу поширок концепт од она што го гледаме во нашиот меур. Интересно е што овој високо шпекулативен концепт не ја поткопува теоријата на Ајнштајн, туку ја става во сосема нова перспектива. Ова гледиште го претставува обединувањето на теоријата на релативност со квантната механика.

Ова би значело напуштање на идејата за континуиран и проширлив простор кој еволуира, ротира и витка во корист на нешто фрагментирано и атомизирано. Новата физика што ќе произлезе од ова можеби е многу поедноставна од преовладувачките теории денес!

Мистериите и парадоксите што ја мачат науката ќе исчезнат. Сепак, тешко е да се каже дали други ќе ги заземат нивните места. Нова состојба универзумот зашто би ни било тешко да го разбереме, исто како што ни беше тешко да ја разбереме ситуацијата пред Големата експлозија, кога немаше време, барем во смисла во која можеме да ја согледаме.

Сè додека немаме одговор и барем една дефинитивна идеја за потеклото, природата и судбината на Универзумот, треба барем да се утешиме со убави визуелизации... На пример, како што е компјутерската симулација Илустрис, создадена од астрономите.

За прв пат, беше можно да се пресоздаде во толку детали еволуцијата на космосот, од периодот веднаш по Големата експлозија до денес. Суперкомпјутерите користени за создавање на моделот поминале шест месеци работејќи на него. Симулацијата не покрива се универзумот, бидејќи нашите машини сè уште не можат да се справат со ова.

Значи, ја гледаме еволуцијата на космичката материја која пополнува коцка со раб од 350 милиони светлосни години - ова е прилично голема површина што го претставува целиот космос. Дејството започнува 12 години по Биг Бенг. Покажува промени во текот на милијарди години, формирање на галаксии и поголеми структури.

За да се создаде оваа симулација, се користело целото знаење стекнато до сега за законите кои го регулираат вселената и резултатите од телескопските набљудувања, пред се телескопот Хабл. Истражувачите ја земале предвид мистериозната темна материја и темната енергија.

Со текот на времето, темната материја се кондензираше во купчиња и долги нишки (5), создавајќи еден вид космичка мрежа. Со текот на времето, нормалната материја, првично составена од мешавина од водород и хелиум, била привлечена од овие густини.

Од него се родиле меѓуѕвездени гасни облаци, ѕвезди, галаксии и кластери галаксии. Во визуелизациите, тие варираат во боја од зелена и црвена до бела, во зависност од температурата. Дури и ако ова не беше целосно точно, предложената визија не е лоша...