Теории от ръба. В зоопарка на науката

Науката за границите се разбира поне по два начина. Първо, като здрава наука, но извън мейнстрийма и парадигмата. Второ, като всички теории и хипотези, които имат малко общо с науката.

Теорията за Големия взрив също някога е принадлежала към областта на второстепенната наука. Той е първият, който произнася думите си през 40-те години. Фред Хойл, основателят на теорията за еволюцията на звездите. Той направи това в радиопредаване (1), но подигравателно, с намерението да осмие цялата концепция. И този се роди, когато беше открито, че галактиките "бягат" една от друга. Това доведе изследователите до идеята, че ако Вселената се разширява, то в един момент тя трябва да започне. Това убеждение формира основата на доминиращата в момента и универсално неоспорима теория за Големия взрив. Механизмът на разширяване от своя страна се обяснява с друг, също в момента не се оспорва от повечето учени. теория на инфлацията. В Оксфордския речник по астрономия можем да прочетем, че теорията за Големия взрив е: „Най-широко приетата теория за обяснение на произхода и еволюцията на Вселената. Според теорията за Големия взрив, Вселената, възникнала от сингулярност (първоначално състояние на висока температура и плътност), се разширява от тази точка.

Срещу "научното изключване"

Но не всички, дори в научната общност, са доволни от това състояние на нещата. В писмо, подписано преди няколко години от повече от XNUMX учени от цял ​​свят, включително Полша, четем по-специално, че „Големият взрив се основава“ на непрекъснато нарастващ брой хипотетични образувания: космологична инфлация, не - полярна материя. (тъмна материя) и тъмна енергия. (…) Противоречията между наблюденията и прогнозите на теорията за Големия взрив се разрешават чрез добавяне на такива същности. Същества, които не могат или не са били наблюдавани. … Във всеки друг клон на науката, повтарящата се нужда от такива обекти най-малкото би повдигнала сериозни въпроси относно валидността на основната теория – ако тази теория се провали поради своето несъвършенство. »

„Тази теория“, пишат учените, „изисква нарушение на два добре установени закона на физиката: принципа за запазване на енергията и запазване на барионното число (заявявайки, че равни количества материя и антиматерия са съставени от енергия). “

Заключение? “(…) Теорията за Големия взрив не е единствената налична база за описание на историята на Вселената. Съществуват и алтернативни обяснения за фундаментални явления в космоса., включително: изобилието от светлинни елементи, образуването на гигантски структури, обяснението на фоновата радиация и връзката на Хъбъл. До днес подобни въпроси и алтернативни решения не могат да бъдат свободно обсъждани и тествани. Откритият обмен на идеи е това, което най-много липсва на големите конференции. … Това отразява нарастващия догматизъм на мисълта, чужд на духа на свободното научно изследване. Това не може да бъде здравословна ситуация."

Може би тогава теориите, които поставят под съмнение Големия взрив, макар и отнесени към периферната зона, по сериозни научни причини, трябва да бъдат защитени от „научно изключване“.

Това, което физиците пометеха под килима

Всички космологични теории, които изключват Големия взрив, обикновено премахват неприятния проблем с тъмната енергия, трансформират константи като скоростта на светлината и времето в променливи и се стремят да обединят взаимодействията на времето и пространството. Типичен пример от последните години е предложение на физици от Тайван. В техния модел това е доста обезпокоително от гледна точка на много изследователи. тъмната енергия изчезва. Следователно, за съжаление, трябва да се приеме, че Вселената няма нито начало, нито край. Водещият автор на този модел, Wun-Ji Szu от Националния тайвански университет, описва времето и пространството не като отделни, а като тясно свързани елементи, които могат да се заменят един с друг. Нито скоростта на светлината, нито гравитационната константа в този модел са постоянни, но са фактори за трансформацията на времето и масата в размер и пространство с разширяването на Вселената.

Теорията на Шу може да се счита за фантазия, но моделът на разширяваща се вселена с излишък от тъмна енергия, която я кара да се разширява, поражда сериозни проблеми. Някои отбелязват, че с помощта на тази теория учените "замениха под килима" физическия закон за запазване на енергията. Тайванската концепция не нарушава принципите за запазване на енергията, но от своя страна има проблем с микровълновата фонова радиация, която се смята за остатък от Големия взрив.

Миналата година стана известна речта на двама физици от Египет и Канада, които въз основа на нови изчисления разработиха друга, много интересна теория. Според тях Вселената винаги е съществувала - Нямаше Голям взрив. Базирана на квантовата физика, тази теория изглежда още по-привлекателна, защото решава проблема с тъмната материя и тъмната енергия с един замах.

2. Визуализация на квантов флуид

Ахмед Фараг Али от Zewail City of Science and Technology и Saurya Das от Университета в Летбридж го опитаха. комбинира квантовата механика с общата теория на относителността. Те използваха уравнение, разработено от проф. Амал Кумар Райчаудхури от Университета в Калкута, което дава възможност да се предскаже развитието на сингулярностите в общата теория на относителността. Въпреки това, след няколко корекции, те забелязали, че всъщност той описва „течност“, състояща се от безброй малки частици, които сякаш запълват цялото пространство. Дълго време опитите за решаване на проблема с гравитацията ни водят до хипотетичното гравитони са частиците, генериращи това взаимодействие. Според Дас и Али именно тези частици могат да образуват тази квантова „течност“ (2). С помощта на своето уравнение физиците проследиха пътя на „флуида“ в миналото и се оказа, че наистина не е имало сингулярност, която да е била обезпокоителна за физиката преди 13,8 милиона години, но Вселената сякаш съществува завинаги. В миналото той несъмнено е бил по-малък, но никога не е бил компресиран до предложената по-рано безкрайно малка точка в пространството..

Новият модел би могъл също да обясни съществуването на тъмна енергия, която се очаква да подхранва разширяването на Вселената, като създава отрицателно налягане в нея. Тук самата "флуид" създава малка сила, която разширява пространството, насочено навън, във Вселената. И това не е краят, защото определянето на масата на гравитона в този модел ни позволи да обясним друга загадка – тъмната материя – за която се предполага, че има гравитационен ефект върху цялата Вселена, като остава невидима. Просто казано, самата „квантова течност“ е тъмна материя.

3. Изображение на космическото фоново излъчване от WMAP

Имаме огромен брой модели

През втората половина на последното десетилетие философът Михал Темпчик заявява с отвращение, че "Емпиричното съдържание на космологичните теории е оскъдно, те предсказват малко факти и се основават на малко количество данни от наблюдения.". Всеки космологичен модел е емпирично еквивалентен, т.е. базиран на едни и същи данни. Критерият трябва да е теоретичен. Сега имаме повече данни от наблюдения, отколкото преди, но космологичната информационна база не се е увеличила драстично - тук можем да цитираме данни от спътника WMAP (3) и спътника Planck (4).

Хауърд Робъртсън и Джефри Уокър се формират независимо метрика за разширяваща се вселена. Решенията на уравнението на Фридман, заедно с метриката на Робъртсън-Уокър, образуват така наречения FLRW модел (метрика на Фридман-Леметр-Робертсън-Уокър). Модифициран във времето и допълнен, той има статут на стандартен модел на космологията. Този модел се представи най-добре с последващи емпирични данни.

Разбира се, създадени са още много модели. Създаден през 30-те години на миналия век Космологичният модел на Артър Милн, базиран на неговата кинематична теория на относителността. Тя трябваше да се конкурира с общата теория на относителността на Айнщайн и релативистката космология, но прогнозите на Милн се оказаха сведени до едно от решенията на уравненията на полето на Айнщайн (EFE).

4 Космически телескоп Планк

Също по това време Ричард Толман, основателят на релативистката термодинамика, представя своя модел на Вселената – по-късно неговият подход е обобщен и т.нар. LTB модел (Леметр-Толман-Бонди). Това беше нехомогенен модел с голям брой степени на свобода и следователно ниска степен на симетрия.

Силна конкуренция за модела FLRW, а сега и за неговото разширяване, Модел ЖКМ, който също включва ламбда, така наречената космологична константа, отговорна за ускоряването на разширяването на Вселената и за студената тъмна материя. Това е един вид ненютонова космология, която е задържана поради неспособността да се справи с откриването на космическото фоново излъчване (CBR) и квазарите. Възникването на материята от нищото, предложено от този модел, също беше против, въпреки че имаше математически убедителна обосновка.

Може би най-известният модел на квантовата космология е Моделът на безкрайната вселена на Хокинг и Хартл. Това включваше третиране на целия космос като нещо, което може да бъде описано с вълнова функция. С растеж теория на суперструните бяха направени опити за изграждане на космологичен модел на негова основа. Най-известните модели бяха базирани на по-обща версия на теорията на струните, т.нар Моите теории. Например, можете да замените Модел на Рандал-Сандръм.

5. Мултиуниверсална визия

мултивселена

Друг пример в дълга поредица от гранични теории е концепцията за Мултивселената (5), базирана на сблъсъка на трици-вселени. Твърди се, че този сблъсък води до експлозия и трансформация на енергията на експлозията в гореща радиация. Включването на тъмната енергия в този модел, който се използва известно време и в теорията на инфлацията, направи възможно конструирането на цикличен модел (6), чиито идеи, например, под формата на пулсираща вселена, са били многократно отхвърляни по-рано.

6. Визуализация на осцилиращата циклична вселена

Авторите на тази теория, известна още като модел на космическия огън или експиротичен модел (от гръцкия ekpyrosis - "световен огън"), или теорията за големия катастрофа, са учени от университетите в Кеймбридж и Принстън - Пол Стайнхард и Нийл Турок . Според тях в началото пространството е било празно и студено място. Нямаше време, нямаше енергия, нямаше значение. Само сблъсъкът на две плоски вселени, разположени една до друга, инициира "големия огън". Енергията, която тогава се появи, предизвика Големия взрив. Авторите на тази теория обясняват и настоящото разширение на Вселената. Теорията за Големия срив предполага, че Вселената дължи сегашната си форма на сблъсъка на така наречената, върху която се намира, с другата, и трансформирането на енергията на сблъсъка в материя. В резултат на сблъсъка на съседен двойник с нашия се образува познатата ни материя и нашата Вселена започна да се разширява.. Може би цикълът на подобни сблъсъци е безкраен.

Теорията за големия срив е одобрена от група известни космолози, включително Стивън Хокинг и Джим Пийбълс, един от откривателите на CMB. Резултатите от мисията на Планк са в съответствие с някои от прогнозите на цикличния модел.

Въпреки че подобни концепции вече са съществували в древността, терминът „Мултивселна“, който се използва най-често днес, е въведен през декември 1960 г. от Анди Нимо, тогава вицепрезидент на шотландския отдел на Британското междупланетно общество. Терминът се използва както правилно, така и неправилно от няколко години. В края на 60-те години писателят на научна фантастика Майкъл Муркок го нарече колекцията от всички светове. След като прочете един от романите си, физикът Дейвид Дойч го използва в този смисъл в своята научна работа (включително разработването на квантовата теория на много светове от Хю Еверет), занимаваща се с съвкупността от всички възможни вселени – противно на оригиналната дефиниция на Анди Нимо. След публикуването на тази работа, думата се разпространи сред други учени. Така че сега "вселена" означава един свят, който се управлява от определени закони, а "мултивселна" е хипотетична колекция от всички вселени.

7. Хипотетичният брой вселени, присъстващи в мултивселената.

Във вселените на тази „квантова мултивселена“ могат да действат напълно различни закони на физиката. Астрофизиците от Станфордския университет в Калифорния изчисляват, че може да има 1010 такива вселени, като степента на 10 се повишава на степен 10, която от своя страна се повишава на степен 7 (7). И това число не може да бъде записано в десетична форма поради броя на нулите, надвишаващи броя на атомите в наблюдаваната вселена, оценен на 1080.

Разпадащ се вакуум

В началото на 80-те години на миналия век т.нар инфлационна космология Алън Гът, американски физик, специалист в областта на елементарните частици. За да обясни някои от наблюдателните трудности в модела FLRW, тя въведе допълнителен период на бързо разширяване в стандартния модел след преминаване на прага на Планк (10–33 секунди след Големия взрив). Гут през 1979 г., докато работи върху уравненията, описващи ранното съществуване на Вселената, забелязва нещо странно - фалшив вакуум. Той се различаваше от познанията ни за вакуума по това, че например не беше празен. По-скоро това беше материал, мощна сила, способна да запали цялата вселена.

Представете си кръгло парче сирене. Нека бъде наш фалшив вакуум преди големия взрив. Има удивителното свойство на това, което наричаме "отблъскваща гравитация". Това е толкова мощна сила, че вакуумът може да се разшири от размера на атом до размера на галактика за част от секундата. От друга страна, той може да се разпадне като радиоактивен материал. Когато част от вакуума се разпадне, той създава разширяващ се балон, малко като дупки в швейцарско сирене. В такъв мехур-дупка се създава фалшив вакуум - изключително горещи и плътно опаковани частици. След това те експлодират, което е Големият взрив, който създава нашата вселена.

Важното нещо, което роденият в Русия физик Александър Виленкин осъзна в началото на 80-те години на миналия век, е, че няма празнота, обект на въпросния разпад. „Тези мехурчета се разширяват много бързо“, казва Виленкин, „но пространството между тях се разширява още по-бързо, освобождавайки място за нови мехурчета“. Означава, че След като космическата инфлация е започнала, тя никога не спира и всеки следващ балон съдържа суровината за следващия Голям взрив. По този начин нашата вселена може да е само една от безкрайния брой вселени, които постоянно се появяват в непрекъснато разширяващ се фалшив вакуум.. С други думи, може да е истинско земетресение на вселените.

Преди няколко месеца космическият телескоп Planck на ESA наблюдава "на ръба на Вселената" мистериозни по-ярки точки, за които някои учени смятат, че могат да бъдат следи от нашето взаимодействие с друга вселена. Например, казва Ранга-Рам Чари, един от изследователите, анализиращи данни, идващи от обсерваторията в центъра на Калифорния. Той забелязал странни ярки петна в космическата фонова светлина (CMB), картографирана от телескопа Planck. Теорията е, че има мултивселена, в която "мехурчетата" от вселени растат бързо, подхранвани от инфлацията. Ако зародишните мехурчета са съседни, тогава в началото на тяхното разширяване е възможно взаимодействие, хипотетични „сблъсъци“, последствията от които трябва да видим в следите от космическото микровълново фоново излъчване на ранната Вселена.

Чари смята, че е намерил такива отпечатъци. Чрез внимателен и продължителен анализ той откри региони в CMB, които са 4500 пъти по-ярки, отколкото предполага теорията за фоновата радиация. Едно възможно обяснение за този излишък от протони и електрони е контактът с друга вселена. Разбира се, тази хипотеза все още не е потвърдена. Учените са внимателни.

Има само ъгли

Друг елемент от нашата програма за посещение на своеобразен космически зоопарк, пълен с теории и разсъждения за създаването на Вселената, ще бъде хипотезата на изключителния британски физик, математик и философ Роджър Пенроуз. Строго погледнато, това не е квантова теория, но има някои от нейните елементи. Самото име на теорията конформна циклична космология () - съдържа основните компоненти на кванта. Те включват конформна геометрия, която работи изключително с концепцията за ъгъл, отхвърляйки въпроса за разстоянието. Големите и малките триъгълници са неразличими в тази система, ако имат еднакви ъгли между страните. Правите линии са неразличими от кръговете.

В четириизмерното пространство-време на Айнщайн освен три измерения има и време. Конформната геометрия дори не я използва. И това съвпада идеално с квантовата теория, че времето и пространството могат да бъдат илюзия на нашите сетива. Така че имаме само ъгли, или по-скоро леки конуси, т.е. повърхности, върху които се разпространява радиацията. Скоростта на светлината също е точно определена, защото говорим за фотони. Математически тази ограничена геометрия е достатъчна, за да опише физиката, освен ако не се занимава с масови обекти. А Вселената след Големия взрив се състоеше само от високоенергийни частици, които всъщност бяха радиация. Близо 100% от тяхната маса се превръща в енергия в съответствие с основната формула на Айнщайн E = mc².

Така че, пренебрегвайки масата, с помощта на конформната геометрия можем да покажем самия процес на създаването на Вселената и дори някакъв период преди това сътворение. Просто трябва да вземете предвид гравитацията, която се случва в състояние на минимална ентропия, т.е. до висока степен на подреденост. Тогава особеността на Големия взрив изчезва и началото на Вселената се появява просто като редовна граница на някакво пространство-време.

8. Визия за хипотетична бяла дупка

От дупка до дупка, или Космически метаболизъм

Екзотичните теории предсказват съществуването на екзотични обекти, т.е. бели дупки (8) са хипотетични противоположности на черните дупки. Първият проблем беше споменат в началото на книгата на Фред Хойл. Теорията е, че бялата дупка трябва да е област, където енергията и материята изтичат от сингулярност. Предишни проучвания не са потвърдили съществуването на бели дупки, въпреки че някои изследователи смятат, че примерът за появата на Вселената, тоест Големият взрив, всъщност може да бъде пример за точно такъв феномен.

По дефиниция бялата дупка изхвърля това, което черната дупка поглъща. Единственото условие би било черните и белите дупки да се доближат една до друга и да се създаде тунел между тях. Съществуването на такъв тунел се предполага още през 1921 г. Наричаха го мостът, после се казваше Мостът на Айнщайн-Розен, кръстен на учените, извършили математическите изчисления, описващи това хипотетично творение. В по-късните години се наричаше червоточина, известен на английски с по-особеното име "wormhole".

След откриването на квазарите се предполага, че насилственото излъчване на енергия, свързано с тези обекти, може да бъде резултат от бяла дупка. Въпреки многото теоретични съображения, повечето астрономи не приемат тази теория сериозно. Основният недостатък на всички разработени досега модели с бели дупки е, че около тях трябва да има някакво образувание. много силно гравитационно поле. Изчисленията показват, че когато нещо попадне в бяла дупка, то трябва да получи мощно освобождаване на енергия.

Въпреки това, проницателни изчисления на учените твърдят, че дори да съществуват бели дупки и следователно дупки на червеи, те биха били силно нестабилни. Строго погледнато, материята не би могла да премине през тази „червейна дупка“, защото бързо би се разпаднала. И дори тялото да можеше да влезе в друга, паралелна вселена, то щеше да влезе в нея под формата на частици, които може би биха могли да станат материал за нов, различен свят. Някои учени дори твърдят, че Големият взрив, който е трябвало да роди нашата Вселена, е именно резултат от откриването на бяла дупка.

квантови холограми

Предлага много екзотика в теориите и хипотезите. квантовата физика. От самото си създаване той е предоставил редица алтернативни интерпретации на така нареченото Копенхагенско училище. Идеите за пилотна вълна или вакуум като активна енергийно-информационна матрица на реалността, оставени настрана преди много години, функционираха в периферията на науката, а понякога дори малко извън нейните граници. Въпреки това в последно време те придобиха много жизненост.

Например, вие изграждате алтернативни сценарии за развитието на Вселената, като приемате променлива скорост на светлината, стойността на константата на Планк или създавате вариации по темата за гравитацията. Законът за универсалната гравитация се революционизира, например, от подозренията, че уравненията на Нютон не работят на големи разстояния и броят на измеренията трябва да зависи от текущия размер на Вселената (и да се увеличава с нейния растеж). Времето е отречено от реалността в някои понятия, а многоизмерното пространство в други.

Най-известните квантови алтернативи са Концепции на Дейвид Бом (девет). Неговата теория предполага, че състоянието на физическа система зависи от вълновата функция, дадена в конфигурационното пространство на системата, а самата система по всяко време е в една от възможните конфигурации (които са позициите на всички частици в системата или състоянията на всички физически полета). Последното предположение не съществува в стандартната интерпретация на квантовата механика, която приема, че до момента на измерване състоянието на системата се дава само от вълновата функция, което води до парадокс (т.нар. парадокс на котката на Шрьодингер) . Еволюцията на конфигурацията на системата зависи от вълновата функция чрез т. нар. пилотно вълново уравнение. Теорията е разработена от Луи дьо Бройл и след това преоткрита и подобрена от Бом. Теорията на де Бройл-Бом е откровено нелокална, защото уравнението на пилотната вълна показва, че скоростта на всяка частица все още зависи от позицията на всички частици във Вселената. Тъй като други известни закони на физиката са локални и нелокалните взаимодействия, комбинирани с относителността водят до причинно-следствени парадокси, много физици намират това за неприемливо.

10. Космическа холограма

През 1970 г. Бом въвежда широкообхватни визия на Вселената-холограма (10), според което, като в холограма, всяка част съдържа информация за цялото. Според тази концепция вакуумът е не само резервоар на енергия, но и изключително сложна информационна система, съдържаща холографски запис на материалния свят.

През 1998 г. Харолд Путхоф, заедно с Бърнард Хайш и Алфонс Руеда, въвеждат конкурент на квантовата електродинамика - стохастична електродинамика (SED). Вакуумът в тази концепция е резервоар от турбулентна енергия, който генерира виртуални частици, които постоянно се появяват и изчезват. Те се сблъскват с реални частици, връщайки енергията им, което от своя страна предизвиква постоянни промени в тяхното положение и енергия, които се възприемат като квантова несигурност.

Вълновата интерпретация е формулирана още през 1957 г. от вече споменатия Еверет. В тази интерпретация има смисъл да се говори за векторът на състоянието за цялата вселена. Този вектор никога не се срива, така че реалността остава строго детерминистична. Това обаче не е реалността, за която обикновено мислим, а композиция от много светове. Векторът на състоянието е разбит на набор от състояния, представляващи взаимно ненаблюдаеми вселени, като всеки свят има специфично измерение и статистически закон.

Основните допускания в началната точка на това тълкуване са както следва:

• постулат за математическата природа на света – реалният свят или всяка изолирана част от него може да бъде представена чрез набор от математически обекти;
• постулат за разлагането на света – светът може да се разглежда като система плюс апарат.

Трябва да се добави, че прилагателното "квантово" се появява от известно време в литературата на Ню Ейдж и модерния мистицизъм.. Например, известният лекар Дийпак Чопра (11) популяризира концепция, която той нарича квантово лечение, предполагайки, че с достатъчно умствена сила можем да излекуваме всички болести.

Според Чопра това дълбоко заключение може да се направи от квантовата физика, която според него е показала, че физическият свят, включително нашите тела, е реакцията на наблюдателя. Ние създаваме телата си по същия начин, по който създаваме преживяването на нашия свят. Чопра също така заявява, че „вярата, мислите и емоциите предизвикват поддържащи живота химични реакции във всяка клетка“ и че „светът, в който живеем, включително опитът на телата ни, се определя изцяло от това как се научаваме да го възприемаме“. Така че болестта и стареенето са само илюзия. Чрез чистата сила на съзнанието можем да постигнем това, което Чопра нарича „вечно младо тяло, вечно млад ум“.

Все още обаче няма убедителен аргумент или доказателство, че квантовата механика играе централна роля в човешкото съзнание или че осигурява директни, холистични връзки в цялата вселена. Съвременната физика, включително квантовата механика, остава напълно материалистична и редукционистка, и в същото време съвместима с всички научни наблюдения.