У популярной теории происхождения Вселенной появились проблемы

22 Июня 2017 в 12:00, Илья Хель 31 370 просмотров 56

У Вселенной было начало. Но с чего она началась? Чем стала в начале? Мы знаем, что все началось с довольно быстрого расширения и закончилось появлением большого количества галактик, сделанных из маленьких частиц. Но что было до этого? Какими были законы физики, когда все началось? Известные физики Джеймс Хартл и Стивен Хокинг предложили несколько ответов на эти вопросы несколько десятилетий назад. Новая работа другой группы физиков проанализировала популярную интерпретацию геометрии Большого Взрыва Хокинга и Хартла и столкнулась с некоторыми неприятностями. Эти результаты проливают свет на проблему начала Вселенной. Новое препятствие, которое придется преодолевать всем теориям будущего.

«Мы попытались провести более строгий расчет и получили другое решение», говорит Джоб Фельдбрюгге, резидент-аспирант Института Периметра. «Теория, которую мы используем, проливает новый свет на существующую теорию и показывает, что она может не работать так, как мы ожидали».

Обычно ученые пытаются понять начало Вселенной, вглядываясь в законы гравитации Эйнштейна, названные общей теорией относительности, и проигрывая их в обратном порядке. В конце концов, они хотят дойти до того момента, когда Вселенная была очень маленькой. Но самые интересные вопросы возникают на тему того, как выглядела юная Вселенная, была ли достаточно малой, чтобы подчиняться законам квантовой механики, которая управляет мельчайшими частицами, атомами и фотонами.

Есть несколько способов начать Вселенную, подобную нашей. Может быть, подумали Хокинг и Хартл, эта конденсированная Вселенная была всего лишь одной точкой в пространстве со специальным квантовым состоянием, так называемой волновой функцией, которая описывает все это языком квантовой механики. Затем появилось время. Философии и религии нужно много рассуждать на эту тему, но математикам нужна просто ручка и бумага. Эта точечная Вселенная развивалась на основе математики общей теории относительности с изначальными свойствами квантовой механики, встроенной в ее структуру. Таким образом, эти крошечные случайные флуктуации энергии в пространстве должны были в процессе быстрого расширения — инфляции — превратиться в крупномасштабные разницы плотности, которые мы наблюдаем у современной Вселенной, с галактиками и пустотами. Теория Хокинга и Хартла была одним из нескольких способов обозначить начало Вселенной без сингулярности, точки нулевого объема и бесконечной массы, в которой не было особого смысла. Другие идеи, вроде тех, что предлагал Александр Виленкин, не подразумевали этой изначальной сингулярности.

Новая статья, которая недавно появилась на сервере препринтов arXiv, вводит проблему. При расчетах в математике Хокинга, Хартлса и Виленкина новая команда не получила крошечных квантовых флуктуаций, необходимых для создания сегодняшней Вселенной. Вместо этого эти флуктуации гигантские и создают вселенную, совершенно непохожую на нашу.

«Расчеты, которые мы произвели, приводят к сильным гравитационным волнам после Большого Взрыва», говорит Фельдбрюгге­ — огромным колебаниям в форме самого пространства-времени. «Это не могло привести к вселенной как сегодня. Расчеты противоречат тому, что мы видим».

Хартла не особо беспокоят результаты команды Фельдбрюгге. «В космологии у нас пока слишком мало данных по сравнению с тем, что могло бы быть», говорит он. «Поэтому мы делаем все возможное, поддерживая часть теории, которая лучше всего удовлетворяет наши наблюдения». Он считает новую работу очередной попыткой перевернуть игру, предложив больше информации и другой математический путь, по которому могут следовать ученые. «Исследователи вправе выбирать, гнаться им за этой идеей или за другой».

Его команда также недавно опубликовала другую работу, пересматривающую его собственную математику, и продемонстрировала, почему его теория все еще работает.

И все же математика Фельдбрюгге и его команды, похоже, показывает, что гладкое появление вселенной без какой-либо сингулярности «не вариант». Их математика прямо оспаривает Хартла и Хокинга.

Связывание квантовой механики и общей теории относительности для объяснения начала Вселенной не является ни чем-то новым, ни проблемой, близкой к разрешению. По сути, это одна из основных проблем, которую пытаются решить физики-теоретики, учитывая ее важность для понимания происхождения Вселенной, когда оба набора законов применяются в одном и том же масштабе, и важность для черных дыр, в которых гравитация настолько сильная, что свет не может ее покинуть.

Но самое главное в том, что Фельдбрюгге не считает, что вселенная, начинающаяся с законов квантовой механики и относительности, могла создать небольшие флуктуации, которые приведут к такой вселенной, как наша — он думает, что должно быть что-то еще. «Непонятно, какое решение станет окончательным вариантом», говорит он.

Мнения физиков по этому вопросу самые разные. Пол Штейнхардт, профессор физики в Принстонском университете, говорит, что уже существуют альтернативные пути, позволяющие избежать проблем в новой работе, а также и других жалоб на модель Хокинга — Хартла. Эта так называемая безграничная модель требует некоторых математических обходных решений для создания вселенной вроде нашей.

«Какая альтернатива? Отскок без сингулярности», говорит он, ссылаясь на модель, которую он разрабатывает вместе с космологом-теоретиком из Принстона Анной Идджас. Согласно этой модели, вселенная коллапсирует и затем разворачивается в нашу собственную вселенную, задолго до того, как можно начинать задумываться об эффектах квантовой механики.

Сабина Хоссенфельдер, научный сотрудник Франкфуртского института перспективных исследований, не уверена в новых результатах. «Единственное, что я могу заключить, это что мы не знали, как началась вселенная до того, как была написана эта работа. И мы не узнали этого после того, как эта работа вышла в свет». Теоретики серьезно относятся к математике и проделывали эти расчеты со временем и пространством задолго до того, как их подтвердят телескопы. Единственный способ узнать наверняка, что происходит, это эксперименты.

Сегодня большинство этих теорий могут быть подтверждены или опровергнуты наблюдениями старейшего света, который до нас доходит, космического микроволнового фона. Ученые надеются, что выводы из их теорий позволят выделить важные сигнатуры из этих данных.

Можно ли проверить работу Фельдбрюгге и его команды? Они ведь только начали. Очевидно, на проверку уйдет много времени. Ученым нужно в конечном итоге создать вселенную, которая будет походить на нашу. Но детали этого процесса пока не определены.

У популярной теории происхождения Вселенной появились проблемы

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

56 комментариев

  1. Kajus Bonus

    Можно ли придти к выводу, что если будут открыты законы формирования и развития вселенной, можно будет сказать, что уже в момент первовзрыва в той ранней вселенной существовала неизбежность возникновения Земли и жизни на ней? Или же жизнь не входит в это уравнение и скажем, если человечество достигнет тех высот знаний и технологий, на которых будет способно вмешаться в стройную формулу развития вселенной всё придёт в дисбаланс и как итог "карточный домик" будет разрушен? Одним словом, включает ли уравнение развития вселенной возникновение жизни или же это неучтенная переменная, которая в итоге приведёт к краху)? А что если в этом уравнении есть некая переменная, которая задействуется в тот момент, когда цивилизация выходит из детского сада своей родной планеты, приводя к уничтожению разумной жизни? Возможно именно потому космос так тих...в нём никого нет именно по этой причине?

    • pathetic

      По этому поводу давно есть куча исследований и теорий, но пока нет никаких тому доказательств. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • kosmist

        Вселенная это динамическая система, ее будущее определено ее начальными условиями и законами их развития. Мы думаем, что начальные условия включают в себя фундаментальные постоянные, а фундаментальные законы не зависят от них и являются внешнесредовыми факторами (параметрами порядка), зависимыми от условий в Мультвселенной.

        С развитием вселенной в ней с определённой долей вероятности появляется носитель разума и воли - человек. С его появлением финал вселенной становится неопределенным, так что ее будущее все более зависит от субъективного фактора.

    • SuperTalker

      Жизнь, как и сама вселенная, есть лишь отражение событий другой, более совершенной вселенной. Об этом нам напоминает миф о Нарциссе, который любовался в своё отражение в озере.

  2. ElkTheSenior

    "Какая альтернатива? Отскок без сингулярности, говорит он, ссылаясь на модель, которую он разрабатывает вместе с космологом-теоретиком из Принстона Анной Идджас. Согласно этой модели, вселенная коллапсирует и затем разворачивается в нашу собственную вселенную, задолго до того, как можно начинать задумываться об эффектах квантовой механики."

    Именно... Коллапс играет в этом вопросе фундаментальную роль. Ведь что ещё может происходить там, где ничего не происходит?

  3. mahan

    Догадки, теории. Быть может то что мы называем вселенной - лишь малая часть чего то большего (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. romale

    Когда бы, как умнейшую из книг,

    Мы  книгу Мирозданья прочитали,

    Дела того, кто этот мир воздвиг,

    Нам в простоте и мудрости предстали.

    Его всесущий   разум   все проник,

    К его ногам властительные  пали,

    В его деснице - те, что  возроптали.

    И так - века: один страничный миг.

    Но  нам, как  малолеткам тешит глаз

    Велюр бумаги, ленточки, тисненье ...

    Великий Автор явно не для нас.

    Мы  различаем  только  оформленье,

    Да временами, напрягая взор,

    Набросок на полях, скупой узор

     

    (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. kosmist

    Вопрос есть - как объединить гуманитаристистику с физикой?

    Сознание это отражение объективной реальности (внешнего мира) в форме модели (субъективной реальности). Разум это способность мозга к эффективному отражению объективной реальности в форме субъективной модели (поэтому, чем разумнее мозг, тем адекватнее сознание) и к эффективной деятельности в объективной реальности на основе ее субъективной модели. Модель реальности не тождественна объективной реальности и является её ментальной конструкцией, в основе которой лежит способность мозга отражать сущность вещей и явлений, т.е. их место и роль в более широком контексте объективной реальности. Смысл вещи оправдывает ее существование, так как определяет ее пользу в некой целостности, в пределе – во Вселенной, и делает ее необходимой в системе “вещь (часть) – система (целое)”. В основе конструирования модели лежат врожденные способности мозга к познанию пространства, времени и отношений.
    Для практических целей сознание можно определить как процесс обработки мозгом значимой информации, и этот процесс материален, так как сознание зависит от биохимии организма, например, от уровня тестостерона в крови, и со смертью мозга исчезает. Значимой является информация, способная изменить состояние системы (организма); сознание обрабатывает только ту информацию, которая имеет смысл (может быть полезной или вредной) для выживания организма.
    Субъективная модель формируется иерархически на основе Байесовского алгоритма. Байесовский алгоритм (формула Байеса) – определение вероятности какого-либо события при условии, что произошло другое статистически взаимосвязанное с ним событие.
    Формула Байеса:

    P(A|B) = P(B|A) P(A) / P(B)
    где
    P(A) – априорная вероятность гипотезы А;
    P(A|B) – вероятность гипотезы А при наступлении события B (апостериорная вероятность);
    P(B|A) – вероятность наступления события B при истинности гипотезы А;
    P(B) – полная вероятность наступления события B.

    Формула Байеса позволяет “переставить причину и следствие” - по известному факту события вычислить вероятность того, что оно было вызвано данной причиной. Рассмотрим два примера.
    Пример № 1. Событие А – Вселенная гибнет, событие В – в нее приходит (в ней появляется) Спаситель. Заметим, что вероятность P(B|A) того, что Спаситель придет, если Вселенная гибнет, равняется единице. Тем самым, вероятность P(A) того, что Вселенная гибнет, равна произведению вероятности P(B) того, что Спаситель придет, на вероятность P(A|B) того, что причиной события B стала именно гибель Вселенной (событие А), а не, к примеру, игра нашего ума.
    Пример № 2. Событие А – во Вселенной появляется всемогущая Воля, событие В – Вселенная гибнет. Заметим, что вероятность P(B|A) того, что Вселенная гибнет, если в ней появляется всемогущая Воля, равняется единице. Тем самым, вероятность P(A) того, что всемогущая Воля появляется, равна произведению вероятности P(B) того, что Вселенная гибнет, на вероятность P(A|B) того, что причиной события B стало именно появление всемогущей Воли (событие А), а не та же игра нашего ума.
    Эти два примера отражают сущность двух гипотез. Первая из них (пример № 1), говорит, что Спаситель (или всемогущая Воля) появляется вследствие нужды в нем. Вторая гипотеза (пример № 2) утверждает, что всемогущая Воля (Спаситель) появляется без всякой нужды в ней, закономерно, вследствие физического развития Вселенной. С т.з. религии верна первая гипотеза, с т.з. физики - вторая. Религиозная гипотеза основана на желании человека вечной и счастливой жизни. Физическая гипотеза основана на том факте, что рост сложности прогрессирующих структур осуществляется за счет увеличения энтропии (и, соответственно, деградации) остальной Вселенной, являющейся поставщиком полезной энергии для прогрессирующих структур, отделяющих себя от своего окружения. Парадокс заключается в том, что оставаясь на позиции современной рациональности, мы не знаем, какая гипотеза истинна.
    Для описания состояния нашего Мира можно применить принцип дополнительности, впервые сформулированный Н. Бором для полного описания квантовомеханических явлений. Например, дополнительными в квантовой механике являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картина. Согласно принципу дополнительности, для описания явлений необходимо применять два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность которых дает исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных. Вопрос: как объединить эти две противоположные гипотезы? Какая теория может стать объединяющей?

    • SuperTalker

      "в основе которой лежит способность мозга отражать сущность вещей и явлений" - это и всё остальное про мозг до сих пор не доказано. По этому строить уверенные логические выводы на основе гипотез невозможно.

      • Sham

        соедините начало и конец вселенной. представьте это циклом. а потом ускорьте цикл до бесконечности, мига или еще чего. называйте как хотите. вот появление и исчезновения этого цикла и есть точка сейчас, сейчас, сейчас... временной срез в котором вся вселенная рождается и умирает, каждый момент времени рождая всевозможность всего. и процесс этот был и есть всегда. у него нет начало или конца. он происходит сейчас, сейчас, сейчас...

  6. RiotMakeR

    что ? ... кто это хокинга вдруг физиком назвал? ... никогда он не был ни физиком ни теоретиком ... он фантаст, прославившийся своей коляской ... общался я с ним по поводу одной из его якобы "работ" ... по сути толком ничего сказать не в состоянии ... типичный раскрученный в сми пижон с завышенным чсв

    • resurrected

      Да, тоже слышал об этом. А ещё есть инфа что его на должность профессора взяли по квотам, типа столько-то геев,чернокожих,инвалидов. Ну и в ложе какой нибудь жидомассонской он состоит 100% и отрабатывает свой гешефт.

  7. As_it_is

    Почитайте Шримад Бхагаватам, там все описано подробно, зачем гадать.

  8. Badross

    Стивен Хокинг умнее вас всех вместе взятых, он очень много сделал для космологии, теории ранней Вселенной, квантовой гравитации. Можете спросить у Халатникова, Линде, Рубакова, Кипа Торна, Сасскинда, могли бы ещё спросить у Фреда Хойла, умнее которого Хокинг оказался ещё будучи аспирантом. А так ему все - таки скоро 80 лет, любой учёный, каким бы он ни был гениальным, свои лучшие работы публикует до 40 лет, а после уже сосредотаяивается на учениках, грантах, конференциях, учебниках, итд

    • SuperTalker

      "Он очень много сделал для космологи" - это нужно читать так, - "он очень много выдумывал формул про то как могла зародиться вселенная, но так и не нашёл ответа, как же она зародилась".

      • Добрый ЖУК

        Религия за много веков написала про создателя и выдумывала пантеон богов и нечего не доказала, по вашей логике она тоже бесполезна?

  9. Badross

    А что по теме статьи, то пока что лидирующие позиции занимает теория Хаотической вечной инфляции. Эксперименты по CMB не нашли противоречий в ней, вопрос лишь в том, чтобы найти реликтовые гравитационные волны и сразу четыре нобелевки за неё ждут её разработчиков. Стейнхардт, Турок и прочие люди в глубоком меньшинстве, чьи теории оказались на свалке истории, но они пытаются их подкрутить, реанимировать и цитируют самих себя. Тот же Стейнхардт говорил, что не любит теорию инфляции потому что она убила его любимую теорию, Пол Дэвис вообще уже отошёл от физики и читает лекции о существовании богов, Питер Войт говорит, что мультиверс это неправда потому что не может быть правдой, итд

    • SuperTalker

      Выход только один, обратиться к древним знаниям. Других опор в построении теоретической физики у нас нет.

      • resurrected

        Древние знания это миф, сказки для умственно отсталых. Нужно руководствоваться современными знаниями и представлением о мире, а не древней макулатурой.

        • SuperTalker

          Современные знания не говорят нам совершенно ничего о том, как зародилась вселенная. Более того, множество современных научных знаний создавались с оглядкой на теорию большого взрыва, которая на самом деле даже не теория, а гипотеза.

          • resurrected

            Киньте пруфы на древние знания )) хоть одним глазком на них взглянуть )) наверняка какая нибудь изотерическая чушь.

            • SuperTalker

              Вам больше по душе ветхий завет, на который опирается нынешняя теория большого взрыва?

              • resurrected

                Вы что-то путаете любезный. Может и какие аналогии есть, но утверждать что опирается это диагноз.

                • SuperTalker

                  Ах, ну да, а мысли о ничто и сингулярности в ней появились у учёных из твёрдых доказательств! )))

                  Вся теория большого взрыва это отражение религиозной космогонии из ветхого завета. Попытка сблизить религию и науку. Но пока ничего не получилось, так как люди не способны понять что такое бесконечность в силу своей ограниченности.

      • pathetic

        Древние знания? Шаманов-наркоманов? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. dmitry.nest

    Тут проблема в другом. Рано или поздно упираешься в потолок на материальном уровне, который не может объяснить, что было раньше. Да, определенные этапы истории вселенной материя может показать, но не все. Например вы пришли к началу в виде точке с бесконечной энергией (просто к примеру). А что было до этой точки? И тут уже начинается то, что материальное сознание не может понять, можно лишь гадать "о бесконечностях до этого и т.п." Поэтому неизбежно все перетекает в философию, метафизику, религию и т.п. Поделюсь своей теорией как все началось. Сначала было Ничто - понимать можно буквально. Когда не было вселенной еще, не было пространства, не было времени, не было даже Создателя, было Ничто. И возможно следующий момент является самым любопытным, когда Ничто вопреки тому, что оно Ничто - проявило волю, сформировало Сознание. Затем начало творить и уже не могло остановиться - постоянно расширяя миры, постоянно пополняя свою информационную базу.

    • dmitry.nest

      На эту тему кстати есть известная шутка: Что выше царей, Бога? Ответ - Ничто :)

    • pathetic

      И как ваше "волевое Ничто" можно проверить экспериментально или хотя бы теоретически? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • SuperTalker

      Сначала был Хаос, который вмещал в себя все что угодно. Даже Абсолютное самосознание, которое единственное не могло быть уничтожено несуществованием, ведь оно Абсолютное во всех смыслах. Потом оно силою воли отделило себя от Хаоса и получились Пустота, Сознание и Свет, который есть проявление действия Сознания - мысль . Ну а дальше, Свет, перемещаясь в Пустоте создал материальный мир, его частицы, из которых сформировалась видимая нам вселенная. Потом Сознание отдалилось от материального мира и природа стала бы существовать сама по себе, если бы не обладала свойством отражать на себе результаты деятельности первого Сознания. И так далее...

    • Badross

      Не было никакой начальной точки. Было скалярное поле, которое раздуло пространство - время, а после выгорело, породив весь зоопарк частиц

  11. Baksov

    "Сначала было Ничто - понимать можно буквально".
    Здрасьте, приехали. Абсолютно антинаучный подход. Я хоть и не верю в Большой взрыв, но в ничто вообще не верю. Что-то было, надо искать что. Мне, например, хочется, чтобы материя существовала всегда.

  12. resurrected

    Ну как вариант что ничто это что-то во вселенной более высокого уровня, а наша вселенная это черная дыра в ней, которая прошла точку сингулярности и расширяется в собственное пространство. И черные дыры в нашей вселенной это вселенные более низкого уровня. И когда наша вселенная остынет и умрет, то нам надо будет уйти в какую нибудь огромную черную дыру т.е. в другую вселенную более низкого уровня.

  13. dossvd

    Не совсем понятно исходя из темы статьи, как сингулярность, те отсутствие времени может существовать локально, но если взять всю массу, энергию и сосредоточить в одной точке, то сингулярности не будет

  14. victor2017

    Интересно, какой уровень математики они используют? Мне говорили используют тенсоры. Я изучал в универе включая калькулюс 3 (провалил правда) там теории Грина, Стокс поля векторов (провалил я случайно, т.е. я даже разработал быстрый метод вычисления тройных интегралов если формула была в определенной форме (забыл правда какой)) т.е. я провалил по личным причинам. Тоже изучал продвинутую алгебру матриц (там триангуляция матриц и пр что я помню). Короче, интересно было б взглянуть с чем эти математики работают, может помочь им?

  15. Xinorbit

    Вранье! время всегда было, не надо тут туфту сочинять. Что типа до рождения вселенной часы бы стояли на месте?! с какого такого перепуга?!

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.