kvantmaailm. Teadusmaailmas on avastatud uus universumiteooria Tsüklilise universumi ehitamine

Vaadates kunstiteost, kaunist maastikku või last, tunneb inimene alati olemise harmooniat.

Teaduslikus mõttes nimetatakse seda tunnet, mis ütleb meile, et kõik universumis on harmooniline ja omavahel seotud, mittelokaalseks koherentsiks. Erwin Laszlo sõnul peame selleks, et selgitada märkimisväärse arvu osakeste olemasolu universumis ja kõige olemasoleva pidevat, kuid mitte mingil juhul ühtlast ja lineaarset arengut, tunnistama teguri olemasolu, mis ei ole ei mateeria ega energiat.

Selle teguri tähtsust tunnistatakse nüüd mitte ainult sotsiaal- ja humanitaarteadustes, vaid ka füüsikas ja loodusteadustes. See on teave - teave kui tõeline ja tõhus tegur, mis määrab universumi parameetrid selle sündimisel ja seejärel kontrollib selle põhielementide arengut, mis muutuvad keerukateks süsteemideks.

Ja nüüd, uue kosmoloogia andmetele toetudes, oleme lõpuks jõudnud lähedale iga teadlase unistuse elluviimisele – kõikehõlmava teooria loomisele.

Tervikliku teooria loomine kõige kohta

Esimeses peatükis käsitleme kõige kohta teooria loomise probleemi. Seda nimetust vääriv teooria peab tõesti olema teooria kõige kohta – terviklik teooria kõige kohta, mida me vaatleme, kogeme ja kohtame, olgu need siis füüsilised objektid, elusolendid, sotsiaalsed ja ökoloogilised nähtused või meele ja teadvuse looming. Sellise tervikliku teooria kõige kohta on võimalik luua – ja seda näidatakse selles ja järgmistes peatükkides.

Maailma mõistmiseks on palju võimalusi: nii meie enda ideede, müstilise intuitsiooni, kunsti ja luule kui ka maailmareligioonide uskumussüsteemide kaudu. Meile kättesaadavatest paljudest meetoditest väärib erilist tähelepanu üks, kuna see põhineb reprodutseeritaval kogemusel, järgib rangelt metoodikat ning on avatud kriitikale ja ümberhindamisele. See on teaduse viis.

Teadus loeb. See pole oluline mitte ainult seetõttu, et see on uute tehnoloogiate allikas, mis muudavad meie elu ja meid ümbritsevat maailma, vaid ka seetõttu, et see annab meile usaldusväärse ülevaate maailmast ja meist siin maailmas.

Kuid maailmavaade läbi kaasaegse teaduse prisma on mitmetähenduslik. Kuni viimase ajani on teadus maalinud maailmast killustatud kuvandit, mis koosnes näiliselt iseseisvatest distsipliinidest. Teadlastel on raske öelda, mis seob füüsilist universumit ja elumaailma, elavat maailma ja ühiskonna maailma, ühiskonna maailma vaimu- ja teadvussfääridega. Nüüd on olukord muutumas; Teaduse esirinnas püüab üha rohkem teadlasi saada maailmast terviklikum ja ühtsem pilt. Esiteks puudutab see füüsikuid, kes tegelevad ühtsete teooriate ja suurte ühtsete teooriate loomisega. Need teooriad seovad looduse põhivälju ja -jõude sidusas teoreetilises raamistikus, mis viitab sellele, et neil on ühine päritolu.

Kvantfüüsikas on viimastel aastatel esile kerkinud eriti paljutõotav suund: katse luua kõige kohta teooria. See projekt põhineb stringide ja superstringide teooriatel (nii nimetatakse seetõttu, et need teooriad käsitlevad elementaarosakesi vibreerivate filamentide või stringidena). Arenenud teooriad kõige kohta kasutavad keerulisi matemaatilisi ja mitmemõõtmelisi ruume, et luua üks põhivõrrand, mis võiks selgitada kõiki universumi seadusi.

Füüsikalised teooriad kõige kohta

Teoreetiliste füüsikute poolt praegu arendatavate teooriate eesmärk on saavutada see, mida Einstein kunagi nimetas "Jumala mõtete lugemiseks". Ta ütles, et kui suudaksime ühendada kõik füüsilise looduse seadused ja luua sidusa võrrandisüsteemi, suudaksime nende võrrandite põhjal selgitada kõiki universumi omadusi, mis oleks võrdne Jumala mõtete lugemisega. .

Einstein tegi oma sellise katse ühtse väljateooria vormis. Kuigi ta jätkas oma jõupingutusi kuni oma surmani 1955. aastal, ei avastanud ta lihtsat ja võimsat võrrandit, mis suudaks kõiki füüsilisi nähtusi loogiliselt ja sidusalt seletada.

Einstein läks oma eesmärgi poole, pidades kõiki füüsikalisi nähtusi väljade vastasmõju tulemuseks. Nüüd teame, et ta kukkus läbi, kuna ta ei võtnud arvesse välju ja jõude, mis toimivad reaalsuse mikrofüüsilisel tasandil. Need väljad (nõrgad ja tugevad tuumajõud) on kesksel kohal kvantmehaanikas, kuid mitte relatiivsusteoorias.

Tänapäeval läheneb enamik teoreetilisi füüsikuid teistsugusele lähenemisele: nad peavad kvanti, füüsilise reaalsuse diskreetset aspekti, elementaarühikuks. Kuid kvantide füüsikaline olemus on üle vaadatud: neid ei peeta eraldiseisvateks aine-energia osakesteks, vaid vibreerivateks ühemõõtmelisteks niitideks - stringideks ja superstringideks. Füüsikud püüavad kõiki füüsikaseadusi kujutada superstringide vibratsioonina mitmemõõtmelises ruumis. Nad näevad iga osakest kui stringi, mis loob koos kõigi teiste osakestega oma "muusika". Kosmilisel tasandil vibreerivad koos terved tähed ja galaktikad, aga ka terved universumid. Füüsikute ülesanne on luua võrrand, mis näitab, kuidas üks vibratsioon on seotud teisega, et neid kõiki saaks väljendada ühes supervõrrandis. See võrrand dešifreeriks muusika, mis kehastab kosmose kõige piiritumat ja põhilisemat harmooniat.

Selle kirjutamise ajal olid stringiteooriapõhised kõiketeooriad veel ambitsioonikad ideed: keegi pole kunagi loonud supervõrrandit, mis väljendaks füüsilise universumi harmooniat nii lihtsas valemis nagu Einsteini E = mc2. Tegelikult on selles valdkonnas nii palju probleeme, et üha enam füüsikuid väidavad, et edu saavutamiseks on vaja uut kontseptsiooni. Stringiteooria võrrandid nõuavad mitut mõõdet, neljamõõtmelisest aegruumist ei piisa.

Algselt nõudis teooria 12 dimensiooni, et siduda kõik vibratsioonid üheks teooriaks, kuid nüüd arvatakse, et piisab "ainult" 10 või 11 dimensioonist, eeldusel, et võnked tekivad mitmemõõtmelisemas "hüperruumis". Veelgi enam, stringiteooria nõuab oma keelpillide jaoks ruumi ja aja olemasolu, kuid ei suuda näidata, kuidas aeg ja ruum võisid tekkida. Ja lõpuks tekitab segadust see, et sellel teoorial on nii palju võimalikke lahendusi – umbes 10 500 –, et jääb täiesti arusaamatuks, miks meie universum on selline, nagu ta on (kuigi iga lahendus viib erinevasse universumisse).

Stringiteooriat päästa püüdvad füüsikud esitavad erinevaid hüpoteese. Näiteks eksisteerivad koos kõik võimalikud universumid, kuigi me elame neist vaid ühes. Või võib-olla on meie universumil palju tahke, kuid me tajume ainult ühte meile tuttavat. Siin on mõned teoreetiliste füüsikute püstitatud hüpoteesid, kes püüavad näidata, et stringiteooriatel on teatud määral realism. Kuid ükski neist ei ole rahuldav ja mõned kriitikud, sealhulgas Peter Voight ja Lee Smolin, on valmis keelpillide teooriat maha matma.

Smolin on ahela kvantgravitatsiooni teooria üks rajajaid, mille kohaselt ruum on rakkude võrgustik, mis ühendab kõiki punkte. Teooria selgitab, kuidas ruum ja aeg tekkisid, ning selgitab ka "tegevust distantsil", st kummalist "suhet", mis on mittelokaalsusena tuntud nähtuse aluseks. Seda nähtust uurime üksikasjalikumalt 3. peatükis.

Pole teada, kas füüsikud suudavad luua kõige kohta toimiva teooria. Selge on aga see, et isegi kui tehtud pingutused on edukad, ei tähenda reaalse kõige kohta teooria loomine iseenesest edu. Parimal juhul loovad füüsikud kõige kohta füüsikalise teooria – teooria, mis ei ole kõige teooria, vaid ainult kõigi füüsiliste objektide teooria. Tõeline kõige teooria hõlmab enamat kui lihtsalt matemaatilisi valemeid, mis väljendavad selles kvantfüüsika valdkonnas uuritud nähtusi. Universumis ei ole seotud ainult vibreerivad stringid ja nendega seotud kvantsündmused. Elu, mõistus, kultuur ja teadvus on osa maailma reaalsusest ning tõene kõige teooria võtab neid samuti arvesse.

Raamatu „Kõige teooria” autor Ken Wilber nõustub. Ta räägib "terviklikust visioonist", mis on kehastatud tõelises kõige teoorias. Sellist teooriat ta aga ei paku, vaid arutleb peamiselt selle üle, mis see võiks olla ning kirjeldab seda kultuuri ja teadvuse evolutsiooni mõistes seoses nende endi teooriatega. Terviklik teooria kõige kohta, millel on teaduslikud alused, tuleb veel luua.

Lähenemine tõelisele kõige teooriale

Tõelise teooria kõige kohta saab luua. Kuigi see läheb kaugemale stringi- ja superstringiteooriatest, milles füüsikud püüavad välja töötada oma superteooriat, sobib see hästi teaduse enda raamidesse. Tõepoolest, ülesanne luua kõige kohta tõeline holistiline teooria on lihtsam kui ülesanne luua kõige kohta füüsiline teooria. Nagu näeme, kipuvad füüsikateooriad kõige kohta taandama füüsikaseadused ühele valemile – kõik need seadused, mis reguleerivad osakeste ja aatomite, tähtede ja galaktikate vastasmõju; palju keerulisi üksusi keerukate vastasmõjudega. Lihtsam ja mõistlikum on otsida põhiseadusi ja protsesse, millest need olemid ja nende vastasmõjud tekivad.

Komplekssete struktuuride arvutimodelleerimine näitab, et kompleks tekib ja on seletatav põhiliste ja suhteliselt lihtsate algtingimustega. Nagu näitas John von Neumanni rakuautomaatide teooria, piisab, kui määratleda süsteemi põhikomponendid ja seada reeglid – algoritmid –, mis nende käitumist reguleerivad (see on kõigi arvutimudelite aluseks: arendajad ütlevad arvutile, mida teha modelleerimisprotsessi igas etapis ja ülejäänu teeb arvuti). Piiratud ja ootamatult lihtne põhielementide komplekt, mida juhib väike arv algoritme, võib tekitada näiliselt arusaamatu keerukuse, kui lasta protsessil aja jooksul areneda. Reeglite kogum, mis kannab teavet elementide kohta, käivitab protsessi, mis järjestab ja korrastab elemente, mis on seega võimelised looma järjest keerukamaid struktuure ja seoseid.

Püüdes luua tõelist terviklikku teooriat kõige kohta, võime järgida sarnast teed. Saame alustada elementaarsetest asjadest – asjadest, mis tekitavad muid asju, ilma et need tekiks. Seejärel peame määratlema lihtsa reeglistiku, mis loob midagi keerukamat. Põhimõtteliselt peaksime siis suutma selgitada, kuidas iga "asi" maailmas tekkis.

Lisaks stringi- ja superstringiteooriatele on uues füüsikas teooriad ja kontseptsioonid, tänu millele saab see grandioosne idee teoks teha. Kasutades avastusi osakeste ja väljateooria tipptasemel valdkondades, saame tuvastada aluse, mis genereerib kõike, ilma et see oleks ise millegi poolt genereeritud. See alus, nagu näeme, on virtuaalse energia meri, mida tuntakse kvantvaakumina. Võime viidata ka reeglistikule (loodusseadustele), mis ütlevad meile, kuidas reaalsuse põhielemendid – kvantideks tuntud osakesed – muutuvad oma kosmilise alusega suheldes keerukateks asjadeks.

Siiski peame lisama uue elemendi, et saada kõige kohta tõeline terviklik teooria. Praegu teadaolevad seadused, mille järgi maailma olemasolevad objektid kvantvaakumist tekivad, on energia ülekandmisel ja muundamisel põhinevad vastastikmõju seadused. Need seadused osutusid piisavaks, et selgitada, kuidas reaalsed objektid - osakeste-antiosakeste paaride kujul - tekivad kvantvaakumis ja tekivad sealt. Kuid need ei anna selgitust, miks Suure Paugu käigus tekkis rohkem osakesi kui antiosakesi; ja ka seda, kuidas miljardite aastate jooksul ellujäänud osakesed ühendati üha keerukamateks struktuurideks: galaktikateks ja tähtedeks, aatomiteks ja molekulideks ning (sobivatel planeetidel) makromolekulideks, rakkudeks, organismideks, ühiskondadeks, ökoloogilisteks niššideks ja terveteks. biosfäärid.

Et seletada märkimisväärse arvu osakeste olemasolu universumis ("aine" vastandina "antiainele") ja kõige olemasoleva pidevat, kuid mitte mingil juhul ühtlast ja lineaarset arengut, peame tunnistama teguri olemasolu, mis ei ole mateeria ega energia. Selle teguri tähtsust tunnistatakse nüüd mitte ainult sotsiaal- ja humanitaarteadustes, vaid ka füüsikas ja loodusteadustes. See on teave - teave kui tõeline ja tõhus tegur, mis määrab universumi parameetrid selle sündimisel ja seejärel kontrollib selle põhielementide arengut, mis muutuvad keerukateks süsteemideks.

Enamik meist mõistab teavet kui andmeid või seda, mis on inimesele teada. Füüsika- ja loodusteadused avastavad, et teave ületab üksiku inimese ja isegi kõigi inimeste teadvuse piirid.

Teave on nii füüsilise kui ka bioloogilise olemuse lahutamatu osa. Suur füüsik David Bohm nimetas informatsiooni protsessiks, mis mõjutab vastuvõtjat, "vormib" teda. Me nõustume selle kontseptsiooniga.

Teavitamine ei ole inimese toode, mitte midagi, mida me kirjutamise, loendamise, rääkimise ja suhtlemise ajal loome. Antiikaja targad teavad juba ammu ja ka tänapäeva teadlased õpivad seda uuesti, et informatsioon on maailmas olemas sõltumata inimese tahtest ja tegudest ning on määravaks teguriks kõige tegelikku maailma täitva arengus. Kõige tõelise teooria loomise aluseks on tõdemus, et informatsioon on looduse põhitegur.

Mõistatustest ja müütidest

Teaduse tulevase paradigmamuutuse tõukejõud

Alustame tõelise tervikliku teooria otsimist kõige kohta, vaadeldes tegureid, mis toovad teaduse paradigma muutusele lähemale. Võtmetegurid on teadusliku uurimise käigus esile kerkivad ja kogunevad saladused: anomaaliad, mida praegune paradigma ei suuda seletada. See sunnib teadusringkondi otsima uusi lähenemisviise anomaalsetele nähtustele. Sellised uurimistööd (nimetame neid "teaduslikeks müütideks") sisaldavad palju ideid. Mõned neist ideedest võivad sisaldada võtmemõisteid, mis juhatavad teadlased uue paradigma juurde – paradigma juurde, mis suudab selgitada saladusi ja kõrvalekaldeid ning olla kõige tõelise tervikliku teooria aluseks.

Juhtivad teadlased püüavad laiendada ja süvendada oma arusaamist uuritavast reaalsussegmendist. Nad saavad üha rohkem aru tegelikkuse vastavast osast või aspektist, kuid nad ei saa seda osa või aspekti otseselt uurida – nad saavad sellest aru vaid hüpoteesideks ja teooriateks muudetud mõistete kaudu. Mõisted, hüpoteesid ja teooriad ei ole piisavalt tugevad, need võivad eksida. Tegelikult on tõeliselt teadusliku teooria tunnus (teadusfilosoof Sir Karl Popperi järgi) ümberlükkamine. Teooriaid võltsitakse, kui nende põhjal tehtud ennustused ei leia vaatlustega kinnitust. Sel juhul on tähelepanekud anomaalsed ja vaadeldav teooria peetakse kas ekslikuks ja lükatakse tagasi või vajab ülevaatamist.

Teooriate ümberlükkamine on tõelise teaduse progressi mootor. Kui kõik töötab, võib edusamme olla, kuid see on osaline (olemasoleva teooria viimistlemine, et see sobiks uute vaatlustega). Tõeline areng toimub siis, kui see pole võimalik. Varem või hiljem saabub hetk, mil teadlased eelistavad olemasolevate teooriate revideerimise asemel hakata otsima lihtsamat ja selgitavamat teooriat. Avaneb tee teooria põhjalikuks uuendamiseks: paradigma muutus.

Paradigma muutuse vallandab vaatluste kuhjumine, mis ei sobitu aktsepteeritud teooriatesse ega mahu ka pärast selliste teooriate lihtsat täpsustamist. Saabumas on uue ja vastuvõetavama teadusliku paradigma tekkimise etapp. Väljakutse on leida põhimõttelisi uusi kontseptsioone, mis oleksid uue paradigma aluseks.

Teaduslikule paradigmale on seatud ranged nõuded. Sellel põhinev teooria peaks võimaldama teadlastel selgitada kõiki avastusi, mida eelnev teooria võiks seletada, ja ka anomaalseid tähelepanekuid. See peaks ühendama kõik olulised faktid lihtsamaks ja samal ajal terviklikumaks kontseptsiooniks. Täpselt nii tegi Einstein 20. sajandi vahetusel, kui lakkas Newtoni füüsika raames valguse kummalise käitumise põhjuste otsimisest ja lõi selle asemel uue füüsilise reaalsuse kontseptsiooni – relatiivsusteooria. Nagu ta ise ütles, ei saa te probleemi lahendada samal tasemel, kui see tekkis. Ootamatult lühikese ajaga hülgas füüsikakogukond Newtoni rajatud klassikalise füüsika ja selle asemele tuli Einsteini revolutsiooniline kontseptsioon.

20. sajandi esimesel kümnendil koges teadus paradigmamuutust. Nüüd, 21. sajandi esimesel kümnendil, kuhjuvad taas saladused ja anomaaliad ning teadlaskond seisab silmitsi järgmise paradigmamuutusega, mis on sama fundamentaalne ja revolutsiooniline nagu üleminek Newtoni mehhanistlikust maailmast Einsteini suhtelisse universumisse.

Kaasaegne paradigma muutus on tipptasemel akadeemilistes ringkondades juba mõnda aega käärinud. Teadusrevolutsioonid ei ole hetkelised protsessid, mille asemele tuleb kohe uus teooria. Need võivad olla kiired, nagu Einsteini teooria puhul, või ajaliselt pikemad, näiteks üleminek klassikaliselt Darwini teoorialt postdarvinismi laiematele bioloogilistele kontseptsioonidele.

Enne kui algavad revolutsioonid viivad lõpptulemuseni, läbivad teadused, milles esineb kõrvalekaldeid, ebastabiilsuse perioodi. Peavoolu teadlased kaitsevad olemasolevaid teooriaid, samal ajal kui vabamõtlevad teadlased tipptasemel valdkondades uurivad alternatiive. Viimased esitasid uusi ideid, mis pakuvad traditsioonilistele teadlastele tuttavatele nähtustele teistsuguse pilgu. Mõnda aega tunduvad algselt tööhüpoteesidena eksisteerivad alternatiivsed kontseptsioonid kui mitte fantastilised, siis kummalised.

Mõnikord meenutavad need müüte, mille on välja mõelnud fantaasiarikkad maadeavastajad. Siiski nad ei ole. Tõsiste uurijate "müüdid" põhinevad hoolikalt kalibreeritud loogikal; nad ühendavad selle, mis on juba teada selle maailma segmendi kohta, mida konkreetne distsipliin uurib, sellega, mis on endiselt hämmingus. Need ei ole tavalised müüdid, need on "teaduslikud müüdid" - läbimõeldud hüpoteesid, mis on testimiseks avatud ja mida saab seetõttu vaatluse ja katsega kinnitada või ümber lükata.

Vaatlustes ja katsetes ilmnevate kõrvalekallete uurimine ning neid seletavate kontrollitavate müütide väljamõtlemine on põhiteaduslike uuringute peamised komponendid. Kui anomaaliad püsivad vaatamata vana paradigmat järgivate teadlaste parimatele pingutustele ja kui see või teine ​​vabamõtlevate teadlaste välja pakutud teadusmüüt pakub lihtsamat ja loogilisemat seletust, lakkab kriitiline mass teadlasi (enamasti noori). vana paradigma järgi. Nii algab paradigma muutus. Seni müüdiks olnud kontseptsiooni on hakatud pidama usaldusväärseks teaduslikuks teooriaks.

Teadusajaloos on lugematu arv näiteid nii edukatest kui ka ebaõnnestunud müütidest. Kinnitatud müüdid – mida peetakse usaldusväärseteks, kuigi mitte täiesti tõesteks teaduslikeks teooriateks – hõlmavad Charles Darwini väidet, et kõik elusad liigid pärinevad ühistest esivanematest, ning Alan Guthi ja Andrew Linde hüpoteesi, et universum tekkis ülikiire "paisumise" käigus, mis järgnes sellele. sünd Suure Paugu ajal. Ebaõnnestunud müüdid (need, mis pakkusid asjakohastele nähtustele vähem täpseid või paremaid selgitusi) hõlmavad Hans Drieschi ideed, et elu areng järgib etteantud plaani eesmärgipõhises protsessis, mida nimetatakse entelehhiaks, ja Einsteini hüpoteesi, et täiendav füüsiline jõud, nn. kosmoloogiline konstant, ei lase universumil gravitatsioonijõu mõjul hävida. (Huvitaval kombel seatakse mõned neist väidetest nüüd kahtluse alla: on võimalik, et Guthi ja Linde paisumise teooria asendatakse tsüklilise universumi laiema kontseptsiooniga ja Einsteini kosmoloogiline konstant ei olnud ikka veel ekslik ... )

Näited kaasaegsetest teadusmüütidest

Siin on kolm tööhüpoteesi - "teaduslikud müüdid" -, mille esitasid kõrgelt lugupeetud teadlased. Kõik kolm, kuigi näivad uskumatuna, on pälvinud teadusringkondadelt tõsist tähelepanu.

10100 universumit

1955. aastal pakkus füüsik Hugh Everett kvantmaailmale jahmatava seletuse (millest sai hiljem aluseks Michael Crichtoni üks populaarsemaid romaane Ajanool). Everetti paralleeluniversumi hüpotees on seotud salapärase avastusega kvantfüüsikas: kuni osakest pole vaadelda, mõõdetud või mingil viisil manipuleeritud, on see uudishimulikus olekus, mis on kõigi võimalike olekute superpositsioon. Kui aga osakest vaadelda, mõõta või sellele tegutseda, siis see superpositsiooni olek kaob: osake on ühes olekus, nagu iga "tavaline" objekt. Kuna superpositsiooni olekut kirjeldatakse kui keerukat lainefunktsiooni, mis on seotud Erwin Schrödingeri nimega, siis kui superpositsiooni olek kaob, siis öeldakse, et Schrödingeri lainefunktsioon kollapseerub.

Probleem on selles, et on võimatu öelda, millise paljudest võimalikest virtuaalsetest olekutest osake võtab. Osakese valik tundub ettearvamatu – täiesti sõltumatu lainefunktsiooni kokkuvarisemist põhjustavatest tingimustest. Everetti hüpoteesi kohaselt ei peegelda lainefunktsiooni kollapsi määramatus maailmas eksisteerivaid tingimusi. Siin pole ebakindlust: iga osakese valitud virtuaalne olek on kindel – ta on maailmas lihtsalt iseenesest olemas!

Kokkuvarisemine toimub järgmiselt: kui kvanti mõõdetakse, on mitmeid võimalusi, millest igaüks on seotud vaatleja või mõõteseadmega. Pealtnäha juhusliku valiku protsessis tajume vaid üht võimalust. Kuid Everetti sõnul ei ole valik juhuslik, kuna seda valikut ei toimu: kõik kvanti võimalikud olekud realiseeruvad iga kord, kui seda mõõdetakse või vaadeldakse; nad lihtsalt
ei realiseeru ühes maailmas. Paljud võimalikud kvantseisundid realiseeruvad samas arvus universumites.
Oletame, et kvanti, näiteks elektroni, mõõtmisel on viiskümmend protsenti tõenäosus, et see tõuseb, ja võrdne võimalus, et see langeb. Siis pole meil mitte ühte universumit, milles kvant võib tõusta või alla minna tõenäosusega 50–50, vaid kaks paralleelset universumit. Ühes universumis liigub elektron tegelikult üles, teises aga alla. Igas neis universumis on ka vaatleja või mõõteriist. Kahes universumis eksisteerivad samaaegselt kaks tulemust, täpselt nagu vaatlejad või mõõteriistad.

Muidugi, kui osakese mitu superpositsiooni olekut koonduvad üheks, ei ole mitte ainult kaks, vaid rohkem võimalikku virtuaalset olekut, mille osake võib omandada. Seega peab olema palju universumeid, võib-olla umbes 10100, millest igaühes on vaatlejad ja mõõteriistad.

Vaatleja loodud universum

Kui universumeid on 10 100 või isegi 10 500 (hoolimata sellest, et enamikus neist poleks elu kunagi saanud tekkida), siis kuidas on võimalik, et me elame sellises universumis, kus eksisteerivad keerulised eluvormid? Kas see võib olla pelgalt kokkusattumus? Sellele küsimusele on pühendatud palju teaduslikke müüte, sealhulgas antroopiline kosmoloogiline printsiip, mis väidab, et meie vaatlus selles universumis on seotud sellise õnneliku kokkusattumusega. Hiljuti esitasid Stephen Hawking Cambridge'ist ja Thomas Hertog CERNist (Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon) matemaatilise vastuse. Nende vaatlejate loodud universumiteooria järgi ei hargne ajas eraldiseisvad universumid ja eksisteerivad iseseisvalt (nagu stringiteooria soovitab), vaid kõik võimalikud universumid eksisteerivad samaaegselt superpositsiooni olekus. Meie eksistents selles universumis valib tee, mis viib just sellisesse universumisse, kõigi teiste teistesse universumitesse viivate teede hulgast; kõik muud teed on välistatud. Seega on selles teoorias sündmuste põhjuslik ahel vastupidine: olevik määrab mineviku. See poleks võimalik, kui universumil oleks teatud algseisund, sest teatud olekust sünniks teatud ajalugu. Kuid Hawking ja Hertog väidavad, et universumil pole esialgset kindlat olekut ega võrdluspunkti – sellist piiri lihtsalt ei eksisteeri.

Holograafiline universum

See teaduslik müüt väidab, et universum on hologramm (või vähemalt seda võib selliseks pidada). (Hologrammis, millest räägime üksikasjalikumalt veidi hiljem, loob kahemõõtmeline mudel kolmemõõtmelise pildi.) Arvatakse, et kogu universumi moodustav informatsioon asub selle perifeerias, mis on kahemõõtmeline pind. See kahemõõtmeline teave pärineb universumist kolmemõõtmeliselt. Me näeme universumit kolmemõõtmelisena, kuigi miski, mis teeb sellest selliseks, on kahemõõtmeline teabeväli. Miks on sellest absurdsena näivast ideest saanud vaidluste ja uurimistöö?

Probleem, mille holograafilise universumi teooria kõrvaldab, kuulub termodünaamika valdkonda. Tema kindlalt kehtestatud teise seaduse kohaselt ei saa kaose tase suletud süsteemis kunagi langeda. See tähendab, et kaose tase universumis tervikuna ei saa kunagi langeda, sest kui vaadelda kosmost tervikuna, on tegemist suletud süsteemiga (välist ei ole ja seetõttu ei saa miski avaneda). See, et kaose tase ei saa langeda, tähendab, et infona esitatav järjekord ei saa suureneda. Info, mis korda loob või hoiab, peab kvantteooria järgi olema konstantne, seda ei saa enam-vähem.

Aga mis juhtub teabega, kui aine kaob mustadesse aukudesse? Võib tunduda, et mustad augud hävitavad aines sisalduva teabe. See aga rikub kvantteooriat. Selle mõistatuse lahendamiseks järeldas Stephen Hawking koos tollal Princetoni ülikoolis töötanud Jacob Bekensteiniga, et mustas augus valitsev kaos on võrdeline selle pindalaga. Musta augu sees on palju rohkem ruumi korrale ja teabele kui pinnal. Ühes kuupsentimeetris on ruumi näiteks 1099 Plancki köitele ja pinnal vaid 1066 bitti informatsiooni (Plancki maht on peaaegu arusaamatult väike ruum, mida piiravad 10-35 meetrised küljed). Leonard Susskind Stanfordist ja Gerard 't Hooft Utrechi ülikoolist on teinud ettepaneku, et musta augu sees olev teave ei lähe kaduma, vaid salvestatakse holograafiliselt selle pinnale.

Matemaatika leidis hologrammidele ootamatu kasutuse 1998. aastal, kui toona Harvardi ülikoolis õppiv Juan Maldacena püüdis kvantgravitatsiooni alal töötada stringiteooriaga. Maldacena leidis, et stringidega on lihtsam töötada 5D-s kui 4D-s. (Me tajume ruumi kolmes dimensioonis: kaks tasapinda piki pinda ja üks vertikaalne. Neljas mõõde oleks risti nende kolmega, kuid seda ei saa tajuda. Matemaatikud võivad lisada suvalise arvu dimensioone, liikudes tajutavast maailmast üha kaugemale .) Lahendus tundus ilmne: oletame, et musta augu sees olev viiemõõtmeline ruum on tegelikult selle pinnal oleva neljamõõtmelise ruumi hologramm. Siis on võimalik teha suhteliselt lihtsaid arvutusi viies mõõtmes, töötades neljamõõtmelise ruumiga.

Kas mõõtmete arvu vähendamise meetod sobib universumile tervikuna? Nagu nägime, võitlevad stringiteoreetikud paljude lisamõõtmetega, leides, et kolmemõõtmelisest ruumist ei piisa nende ülesande täitmiseks: siduda universumi erinevate stringide vibratsioonid üheks võrrandiks. Holograafiline printsiip võiks aidata, sest universumit võiks pidada mitmemõõtmeliseks hologrammiks, mis on oma perifeeriasse salvestatud vähemates mõõtmetes.

Holograafiline põhimõte võib muuta stringiteooria arvutamise lihtsamaks, kuid see sisaldab fantastilisi oletusi maailma olemuse kohta. Isegi Gerard ’t Hooft, kes oli selle põhimõtte üks rajajaid, ei pea seda enam vaieldamatuks. Ta ütles, et antud kontekstis pole holograafia põhimõte, vaid probleem. Võib-olla võiks ta oletada, et kvantgravitatsiooni saab tuletada fundamentaalsemast põhimõttest, mis ei allu kvantmehaanika seadustele.

Teadusrevolutsiooni ajal, kui olemasolev paradigma on surve all, esitatakse uusi teadusmüüte, kuid mitte kõik ei leia kinnitust. Teoreetikud on juurdunud veendumusele, et nagu Galileo ütles, "looduseraamat on kirjutatud matemaatika keeles" ja unustanud, et kõike matemaatika keeles ei eksisteeri loodusraamatus. Seetõttu jäävad paljud matemaatiliselt kujundatud müüdid vaid müütideks. Teised aga kannavad endas märkimisväärse teadusliku arengu seemneid. Esialgu ei tea keegi kindlalt, millised seemned idanema hakkavad ja vilja kannavad. Valdkond kihab, olles loomingulises kaoses.

Selline on asjade seis tänapäeval paljudes teadusharudes. Anomaalsed nähtused paljunevad füüsilises kosmoloogias, kvantfüüsikas, evolutsiooni- ja kvantbioloogias ning teadvuse uurimise uues valdkonnas. Need tekitavad üha enam ebakindlust ja sunnivad avatud teadlasi nihutama aktsepteeritud teooriate piire. Kui konservatiivsed teadlased väidavad, et teaduslikuks saab pidada ainult tuntud teadusajakirjades avaldatud ja õpikutes reprodutseeritud ideid, siis tipptasemel teadlased otsivad põhimõtteliselt uusi kontseptsioone, sealhulgas neid, mida veel paar aastat tagasi peeti nende distsipliinide ulatusest väljapoole. .

Üha enam teadusharusid kirjeldavad maailma üha uskumatumal viisil. Kosmoloogia on sellele lisanud tumeainet, tumeenergiat ja mitmemõõtmelisi ruume; kvantfüüsika – osakesed, mis on hetkega aegruumis ühenduses reaalsuse sügavamatel tasanditel; bioloogia - elusaine, mis näitab kvantide terviklikkust; ja teadvuseuuringud on ruumist ja ajast sõltumatud transpersonaalsed ühendused. Need on vaid mõned juba kinnitust leidnud teaduslikud teooriad, mida nüüdseks peetakse täieõiguslikeks.

Universum ei tekkinud teoreetiliste füüsikute hinnangul üldsegi Suure Paugu, vaid neljamõõtmelise tähe mustaks auguks muutumise tulemusena, mis kutsus esile "prügi" vabanemise. Just see prügi sai meie universumi aluseks.

Füüsikute meeskond – Razieh Pourhasan, Niyesh Afshordi ja Robert B. Mann – esitasid täiesti uue teooria meie universumi sünni kohta. Vaatamata oma keerukusele selgitab see teooria paljusid probleemseid punkte universumi kaasaegses vaates.

Üldtunnustatud Universumi tekkimise teooria räägib võtmerollist selles Suure Paugu protsessis. See teooria on kooskõlas vaadeldud pildiga universumi paisumisest. Siiski on tal mõned probleemsed kohad. Seega pole näiteks täiesti selge, kuidas singulaarsus lõi peaaegu sama temperatuuriga universumi erinevates osades. Arvestades meie universumi vanust – umbes 13,8 miljardit aastat – on vaadeldud temperatuuritasakaalu saavutamine võimatu.

Paljud kosmoloogid väidavad, et universumi paisumine pidi olema kiirem kui valguse kiirus, kuid Afshordi märgib Suure Paugu juhuslikkust, mistõttu pole selge, kuidas võiks tekkida ühe või teise suurusega, ühtlase temperatuuriga piirkond.

Universumi päritolu uus mudel selgitab seda mõistatust. Kolmemõõtmeline universum hõljub uues mudelis nagu membraan neljamõõtmelises universumis. Tegelikult on universum mitmemõõtmeline füüsiline objekt, mille mõõde on väiksem kui ruumi mõõde.

4D-universumis on loomulikult 4D-tähti, mis suudavad elada läbi elutsükli, mis 3D-tähtedel meie universumis on. Neljamõõtmelised tähed, mis on kõige massiivsemad, plahvatavad oma eluea lõpus supernoovades, muutuvad mustaks auguks.

Neljamõõtmelisel augul oleks omakorda sama sündmuste horisont kui kolmemõõtmelisel mustal augul. Sündmuste horisont on piir musta augu sisemuse ja väliskülje vahel. Kolmemõõtmelises universumis on see sündmuste horisont kujutatud kahemõõtmelise pinnana, neljamõõtmelises universumis aga kolmemõõtmelise hüpersfäärina.

Seega, kui neljamõõtmeline täht plahvatab, moodustub sündmuste horisondil järelejäänud materjalist kolmemõõtmeline braan ehk Universum on meie omaga sarnane. Selline inimese kujutlusvõime jaoks ebatavaline mudel võib vastata küsimusele, miks universumis on peaaegu sama temperatuur: neljamõõtmeline universum, millest tekkis kolmemõõtmeline universum, eksisteeris palju kauem kui 13,8 miljardit aastat.

Inimese vaatenurgast, kes on harjunud esitlema Universumit tohutu ja lõpmatu ruumina, pole uut teooriat lihtne tajuda. Raske on mõista, et meie universum on võib-olla ainult lokaalne häiritus, tohutute mõõtmetega iidse neljamõõtmelise augu „leht tiigil”.

Ümbritseva maailma suursugusus ja mitmekesisus võivad hämmastada iga kujutlusvõimet. Kõik inimest ümbritsevad esemed ja objektid, teised inimesed, erinevat tüüpi taimed ja loomad, osakesed, mida saab näha ainult mikroskoobiga, aga ka arusaamatud täheparved: neid kõiki ühendab mõiste "Universum".

Universumi tekketeooriaid on inimene välja töötanud pikka aega. Hoolimata isegi algse religiooni või teaduse kontseptsiooni puudumisest tekkis muistsete inimeste uudishimulikes peades küsimusi maailmakorra põhimõtete ja inimese positsiooni kohta teda ümbritsevas ruumis. Raske on kokku lugeda, kui palju teooriaid universumi tekke kohta tänapäeval eksisteerib, mõnda neist uurivad juhtivad maailmakuulsad teadlased, teised on ausalt öeldes fantastilised.

Kosmoloogia ja selle aine

Kaasaegne kosmoloogia - universumi ehituse ja arengu teadus - peab selle päritolu küsimust üheks kõige huvitavamaks ja siiani ebapiisavalt uuritud mõistatuseks. Tähtede, galaktikate, päikesesüsteemide ja planeetide tekkele kaasa aidanud protsesside olemus, nende areng, universumi tekkimise allikas, samuti selle suurus ja piirid: see kõik on vaid lühike loetelu uuritud probleemidest kaasaegsete teadlaste poolt.

Vastuste otsimine maailma kujunemist puudutavale fundamentaalsele mõistatusele on viinud selleni, et tänapäeval on Universumi tekke, olemasolu, arengu kohta erinevaid teooriaid. Vastuseid otsivate, hüpoteese püstitavate ja testivate spetsialistide põnevus on õigustatud, sest usaldusväärne Universumi sünniteooria paljastab kogu inimkonnale elu olemasolu tõenäosuse teistes süsteemides ja planeetidel.

Universumi tekketeooriatel on teaduslike kontseptsioonide, individuaalsete hüpoteeside, religioossete õpetuste, filosoofiliste ideede ja müütide iseloom. Kõik need on tinglikult jagatud kahte põhikategooriasse:

1. Teooriad, mille kohaselt universumi lõi looja. Teisisõnu, nende olemus seisneb selles, et universumi loomise protsess oli teadlik ja spiritiseeritud tegevus, tahte ilming.
2. Universumi tekketeooriad, mis on üles ehitatud teaduslike tegurite põhjal. Nende postulaadid lükkavad kategooriliselt tagasi nii looja olemasolu kui ka maailma teadliku loomise võimaluse. Sellised hüpoteesid põhinevad sageli nn keskpärasuse printsiibil. Need viitavad elu tõenäosusele mitte ainult meie planeedil, vaid ka teistel.

Kreatsionism – maailma loomise teooria Looja poolt

Nagu nimigi ütleb, on kreatsionism (loomine) religioosne teooria universumi tekke kohta. See maailmavaade põhineb kontseptsioonil Universumi, planeedi ja inimese loomisest Jumala või Looja poolt.

Idee oli domineeriv pikka aega, kuni 19. sajandi lõpuni, mil erinevates teadusvaldkondades (bioloogia, astronoomia, füüsika) kiirenes teadmiste kogumise protsess ja levis evolutsiooniteooria. Kreatsionismist on saanud omamoodi reaktsioon kristlastele, kes järgivad tehtavate avastuste suhtes konservatiivseid seisukohti. Sel ajal domineeriv idee ainult suurendas vastuolusid, mis eksisteerisid religioossete ja muude teooriate vahel.

Mis vahe on teaduslikul ja religioossel teoorial

Peamised erinevused erinevate kategooriate teooriate vahel seisnevad eelkõige nende pooldajate kasutatavates terminites. Niisiis, teaduslikes hüpoteesides looja asemel loodus ja loomise asemel päritolu. Koos sellega on küsimusi, mis on sarnaselt kaetud erinevate teooriatega või isegi täielikult dubleeritud.

Universumi tekketeooriad, mis kuuluvad vastandlikesse kategooriatesse, dateerivad selle ilmumist erineval viisil. Näiteks levinuima hüpoteesi (Suure Paugu teooria) kohaselt tekkis Universum umbes 13 miljardit aastat tagasi.

Seevastu universumi päritolu religioosne teooria annab täiesti erinevad arvud:

• Kristlike allikate järgi oli Jumala loodud universumi vanus Jeesuse Kristuse sünni ajal 3483-6984 aastat.
• Hinduism viitab sellele, et meie maailm on umbes 155 triljonit aastat vana.

Kant ja tema kosmoloogiline mudel

Kuni 20. sajandini oli enamik teadlasi arvamusel, et universum on lõpmatu. Seda omadust iseloomustasid nad aega ja ruumi. Lisaks oli Universum nende arvates staatiline ja ühtlane.

Idee universumi lõpmatusest kosmoses esitas Isaac Newton. Selle oletuse väljatöötamisega tegeles ka see, kes töötas välja teooria ka ajalimiidi puudumise kohta. Edasi liikudes laiendas Kant teoreetiliste eelduste kohaselt universumi lõpmatust võimalike bioloogiliste produktide arvuni. See postulaat tähendas, et iidse ja tohutu maailma tingimustes, ilma lõpu ja alguseta, võib olla lugematu hulk võimalikke variante, mille tulemusena on iga bioloogilise liigi tekkimine reaalne.

Eluvormide võimalikust tekkest lähtuvalt töötati hiljem välja Darwini teooria. Tähistaeva vaatlused ja astronoomide arvutuste tulemused kinnitasid Kanti kosmoloogilist mudelit.

Einsteini mõtisklused

20. sajandi alguses avaldas Albert Einstein oma universumi mudeli. Tema relatiivsusteooria järgi toimub Universumis korraga kaks vastandlikku protsessi: paisumine ja kokkutõmbumine. Siiski nõustus ta enamiku teadlaste arvamusega Universumi statsionaarsuse kohta, mistõttu võttis ta kasutusele kosmilise tõukejõu mõiste. Selle mõju eesmärk on tasakaalustada tähtede külgetõmmet ja peatada kõigi taevakehade liikumisprotsess, et säilitada Universumi staatilisus.

Universumi mudelil - Einsteini järgi - on teatud suurus, kuid piire pole. Selline kombinatsioon on teostatav ainult siis, kui ruum on kõverdatud nii, nagu see tekib sfääris.

Sellise mudeli ruumi omadused on järgmised:

• Kolmemõõtmelisus.
• Enda sulgemine.
• Homogeensus (keskpunkti ja serva puudumine), milles galaktikad on ühtlaselt jaotunud.

A. A. Fridman: Universum paisub

Universumi revolutsiooniliselt laieneva mudeli looja A. A. Fridman (NSVL) ehitas oma teooria üles üldist relatiivsusteooriat iseloomustavate võrrandite alusel. Tõsi, tolleaegses teadusmaailmas üldtunnustatud arvamus oli meie maailma staatiline olemus, seetõttu ei pööratud tema tööle piisavalt tähelepanu.

Mõni aasta hiljem tegi astronoom Edwin Hubble avastuse, mis kinnitas Friedmani ideid. Avastati galaktikate eemaldamine lähedalasuvast Linnuteest. Samal ajal on ümberlükkamatuks muutunud tõsiasi, et nende liikumise kiirus on võrdeline nende ja meie galaktika vahelise kaugusega.

See avastus seletab tähtede ja galaktikate pidevat "taandumist" üksteise suhtes, mis viib järelduseni universumi paisumise kohta.

Lõppkokkuvõttes tunnustas Friedmani järeldusi Einstein, kes hiljem mainis Nõukogude teadlase teeneid universumi paisumise hüpoteesi rajajana.

Ei saa öelda, et selle teooria ja üldise relatiivsusteooria vahel oleks vastuolusid, kuid Universumi paisumisega pidi siiski tulema algimpulss, mis kutsus esile tähtede hajumise. Analoogiliselt plahvatusega nimetati seda ideed "Suureks Pauguks".

Stephen Hawking ja antroopiline põhimõte

Stephen Hawkingi arvutuste ja avastuste tulemuseks oli antropotsentriline teooria universumi tekke kohta. Selle looja väidab, et inimeluks nii hästi ette valmistatud planeedi olemasolu ei saa olla juhuslik.

Stephen Hawkingi teooria universumi tekke kohta näeb ette ka mustade aukude järkjärgulist aurustumist, nende energiakadu ja Hawkingi kiirguse emissiooni.

Tõendite otsimise tulemusena tuvastati ja kontrolliti üle 40 tunnuse, mille järgimine on vajalik tsivilisatsiooni arenguks. Ameerika astrofüüsik Hugh Ross hindas sellise tahtmatu kokkulangemise tõenäosust. Tulemuseks oli number 10 -53.

Meie universum sisaldab triljonit galaktikat, millest igaühes on 100 miljardit tähte. Teadlaste arvutuste kohaselt peaks planeetide koguarv olema 10 20. See näitaja on 33 suurusjärku väiksem kui varem arvutatud. Järelikult ei suuda ükski kõigi galaktikate planeetidest ühendada tingimusi, mis oleksid sobivad elu spontaanseks tekkeks.

Suure paugu teooria: universumi tekkimine tühisest osakesest

Suure paugu teooriat toetavad teadlased jagavad hüpoteesi, et universum on suure paugu tagajärg. Teooria põhipostulaadiks on väide, et enne seda sündmust olid kõik praeguse universumi elemendid suletud osakesesse, millel olid mikroskoopilised mõõtmed. Selle sees olles iseloomustas elemente ainulaadne olek, milles selliseid näitajaid nagu temperatuur, tihedus ja rõhk ei olnud võimalik mõõta. Neid on lõputult. Selles olekus ainet ja energiat füüsikaseadused ei mõjuta.

Seda, mis juhtus 15 miljardit aastat tagasi, nimetatakse ebastabiilsuseks, mis tekkis osakese sees. Laiali hajutatud väikseimad elemendid panid aluse maailmale, mida me täna tunneme.

Alguses oli Universum udukogu, mille moodustasid väikesed (aatomist väiksemad) osakesed. Seejärel moodustasid nad kombineerimisel aatomid, mis olid tähegalaktikate aluseks. Selle Universumi tekketeooria kõige olulisemad ülesanded on vastata küsimustele, mis juhtus enne plahvatust ja mis selle põhjustas.

Tabelis on skemaatiliselt kujutatud universumi tekkimise etapid pärast suurt pauku.

Nagu ülaltoodud andmetest järeldub, jätkab universum paisumist ja jahtumist.

Galaktikatevahelise kauguse pidev suurenemine on peamine postulaat: mis eristab suure paugu teooriat. Universumi tekkimist sel viisil võivad leitud tõendid kinnitada. Selle ümberlükkamiseks on ka alust.

Teooria probleemid

Arvestades, et suure paugu teooriat praktikas ei tõestata, pole üllatav, et on mitmeid küsimusi, millele see ei suuda vastata:

1. Singulaarsus. See sõna tähistab universumi olekut, mis on kokkusurutud ühte punkti. Suure paugu teooria probleem seisneb selles, et sellises olekus aines ja ruumis toimuvaid protsesse ei ole võimalik kirjeldada. Üldrelatiivsusteooria seadus siin ei kehti, mistõttu on võimatu teha matemaatilist kirjeldust ja võrrandeid modelleerimiseks.
   Põhimõtteline võimatus saada vastust küsimusele universumi algseisundi kohta diskrediteerib teooriat algusest peale. Tema mitteilukirjanduslikud ekspositsioonid kipuvad seda keerukust varjutama või mainivad seda ainult möödaminnes. Kuid teadlaste jaoks, kes töötavad suure paugu teooriale matemaatilise aluse loomiseks, peetakse seda raskust peamiseks takistuseks.
2. Astronoomia. Selles valdkonnas seisab suure paugu teooria silmitsi tõsiasjaga, et see ei suuda kirjeldada galaktikate tekkeprotsessi. Teooriate kaasaegsete versioonide põhjal on võimalik ennustada, kuidas tekib homogeenne gaasipilv. Samal ajal peaks selle tihedus praeguseks olema umbes üks aatom kuupmeetri kohta. Et midagi enamat saada, ei saa ilma Universumi algseisundit reguleerimata. Teabe ja praktiliste kogemuste puudumine selles valdkonnas on tõsiseks takistuseks edasisel modelleerimisel.

Samuti on lahknevus meie galaktika hinnangulise massi ja selle külgetõmbekiiruse uurimisel saadud andmete vahel. Kõige järgi otsustades on meie galaktika kaal seni arvatust kümme korda suurem.

Kosmoloogia ja kvantfüüsika

Tänapäeval pole ühtegi kosmoloogilist teooriat, mis ei tugineks kvantmehaanikale. See käsitleb ju aatomi- ja kvantfüüsika käitumise kirjeldust.Kvantfüüsika ja klassikalise füüsika (selgitanud Newton) erinevus seisneb selles, et teine ​​vaatleb ja kirjeldab materiaalseid objekte, samas kui esimene eeldab eranditult matemaatilist kirjeldust. vaatlus ja mõõtmine ise. Kvantfüüsika jaoks ei esinda materiaalsed väärtused uurimisobjekti, siin tegutseb vaatleja ise uuritava olukorra osana.

Nende tunnuste põhjal on kvantmehaanikul raskusi universumi kirjeldamisega, kuna vaatleja on universumi osa. Rääkides aga universumi tekkimisest, on võimatu ette kujutada kõrvalisi isikuid. Katseid välja töötada mudel ilma välisvaatleja osaluseta kroonis J. Wheeler Universumi tekke kvantteooriaga.

Selle olemus seisneb selles, et igal ajahetkel toimub Universumi lõhenemine ja lõpmatu arvu koopiate moodustumine. Selle tulemusel saab vaadelda iga paralleeluniversumit ja vaatlejad näevad kõiki kvantalternatiive. Samas on algne ja uus maailm päris.

inflatsioonimudel

Peamine ülesanne, mida inflatsiooniteooria lahendada tuleb, on vastuse otsimine küsimustele, mis on jäänud suure paugu teooria ja paisumisteooria jaoks uurimata. Nimelt:

1. Miks universum paisub?
2. Mis on suur pauk?

Selleks näeb universumi tekke inflatsiooniteooria ette paisumise ekstrapoleerimise aja nullpunktini, kogu universumi massi järelduse ühes punktis ja kosmoloogilise singulaarsuse moodustamise, mis sageli on nimetatakse suureks pauguks.

Selgeks saab üldise relatiivsusteooria ebaolulisus, mida praegu ei saa rakendada. Selle tulemusena saab üldisema teooria (või "uue füüsika") väljatöötamiseks ja kosmoloogilise singulaarsuse probleemi lahendamiseks rakendada ainult teoreetilisi meetodeid, arvutusi ja järeldusi.

Uued alternatiivsed teooriad

Vaatamata kosmilise inflatsiooni mudeli edule on teadlasi, kes on sellele vastu, nimetades seda vastuvõetamatuks. Nende peamine argument on kriitika teooria pakutud lahenduste suhtes. Oponendid väidavad, et saadud lahendused jätavad mõned detailid välja, ehk teisisõnu algväärtuste probleemi lahendamise asemel laostab teooria need vaid oskuslikult.

Alternatiiviks on mõned eksootilised teooriad, mille idee põhineb algväärtuste kujunemisel enne suurt pauku. Uusi teooriaid universumi tekke kohta võib lühidalt kirjeldada järgmiselt:

• Stringiteooria. Selle järgijad teevad lisaks tavapärasele neljale ruumi- ja ajamõõtmele ettepaneku võtta kasutusele täiendavad mõõtmed. Nad võivad mängida rolli universumi algfaasis ja olla praegu tihendatud olekus. Vastates küsimusele nende tihendamise põhjuse kohta, pakuvad teadlased vastuse, et superstringide omadus on T-duaalsus. Seetõttu on nöörid "keeratud" lisamõõtmetele ja nende suurus on piiratud.
• Brane teooria. Seda nimetatakse ka M-teooriaks. Vastavalt selle postulaatidele on Universumi tekke alguses külm staatiline viiemõõtmeline aegruum. Neist neljal (ruumilisel) on piirangud või seinad - kolm-braan. Meie ruum on üks seintest ja teine ​​on peidetud. Kolmas kolmikbraan asub neljamõõtmelises ruumis, see on piiratud kahe piirbraaniga. Teooria käsitleb kolmandat braani, mis põrkub meie omaga kokku ja vabastab suure hulga energiat. Just need tingimused muutuvad suure paugu tekkeks soodsaks.

1. Tsüklilised teooriad eitavad Suure Paugu ainulaadsust, väites, et universum läheb ühest olekust teise. Selliste teooriate probleem on termodünaamika teise seaduse kohaselt entroopia suurenemine. Järelikult oli eelmiste tsüklite kestus lühem ja aine temperatuur oluliselt kõrgem kui suure paugu ajal. Selle tõenäosus on äärmiselt väike.

Olenemata sellest, kui palju universumi tekketeooriaid eksisteerib, on ainult kaks neist ajaproovile vastu pidanud ja ületanud üha suureneva entroopia probleemi. Need töötasid välja teadlased Steinhardt-Turok ja Baum-Frampton.

Need suhteliselt uued teooriad universumi tekke kohta esitati eelmise sajandi 80ndatel. Neil on palju järgijaid, kes arendavad selle põhjal mudeleid, otsivad tõendeid usaldusväärsuse kohta ja töötavad vastuolude kõrvaldamise nimel.

Stringiteooria

Üks populaarsemaid Universumi päritolu teooriate seas - Enne selle idee kirjeldamise juurde asumist on vaja mõista ühe lähima konkurendi, standardmudeli kontseptsioone. See eeldab, et ainet ja koostoimeid saab kirjeldada kui teatud osakeste kogumit, mis on jagatud mitmeks rühmaks:

• Kvargid.
• Leptonid.
• Bosonid.

Need osakesed on tegelikult universumi ehituskivid, kuna need on nii väikesed, et neid ei saa komponentideks jagada.

Stringiteooria eripäraks on väide, et sellised tellised ei ole osakesed, vaid ultramikroskoopilised nöörid, mis võnkuvad. Sellisel juhul muutuvad stringid erinevatel sagedustel võnkudes erinevate standardmudelis kirjeldatud osakeste analoogideks.

Teooria mõistmiseks tuleb mõista, et stringid ei ole mis tahes mateeria, vaid energia. Seetõttu järeldab stringiteooria, et kõik universumi elemendid koosnevad energiast.

Tuli on hea analoogia. Vaadates jääb mulje selle materiaalsusest, aga käega katsuda ei saa.

Kosmoloogia koolilastele

Universumi tekketeooriaid uuritakse põgusalt koolides astronoomiatundides. Õpilastele õpetatakse põhiteooriaid selle kohta, kuidas meie maailm kujunes, mis sellega praegu toimub ja kuidas see tulevikus areneb.

Tundide eesmärk on tutvustada lastele elementaarosakeste, keemiliste elementide ja taevakehade tekke olemust. Lastele mõeldud universumi tekketeooriad taandatakse Suure Paugu teooria esitluseks. Õpetajad kasutavad visuaalset materjali: slaidid, tabelid, plakatid, illustratsioonid. Nende peamine ülesanne on äratada lastes huvi neid ümbritseva maailma vastu.

Uusi elementaarosakesi ei ole enam võimalik tuvastada. Samuti võimaldab alternatiivne stsenaarium lahendada massihierarhia probleemi. Uuring avaldati arXiv.org veebisaidil, Lenta.ru räägib sellest lähemalt.

Teooriat nimetatakse nnaturaalsuseks. See määratletakse energiaskaalal elektronõrga interaktsiooni järgus pärast elektromagnetilise ja nõrga interaktsiooni eraldamist. See oli umbes kümme kell miinus kolmkümmend kaks – kümme miinus kaheteistkümnendal sekundil pärast Suurt Pauku. Siis eksisteeris Universumis uue kontseptsiooni autorite sõnul hüpoteetiline elementaarosake - rehiton (või reheaton, inglise keelest reheaton), mille lagunemine viis tänapäeval vaadeldava füüsika kujunemiseni.

Kui universum muutus külmemaks (aine ja kiirguse temperatuur langes) ja lamedamaks (kosmose geomeetria lähenes eukleidilisele), lagunes rehiton paljudeks teisteks osakesteks. Nad moodustasid peaaegu mitteinterakteeruvaid osakeste rühmi, mis olid liikide poolest peaaegu identsed, kuid erinevad Higgsi bosoni massi ja seega ka oma massi poolest.

Selliste osakeste rühmade arv, mis teadlaste sõnul kaasaegses universumis eksisteerivad, ulatub mitme tuhande triljonini. Üks neist perekondadest sisaldab nii standardmudeli (SM) kirjeldatud füüsikat kui ka LHC katsetes täheldatud osakesi ja interaktsioone. Uus teooria võimaldab loobuda supersümmeetriast, mida siiani edutult otsitakse, ja lahendab osakeste hierarhia probleemi.

Eelkõige, kui rehitoni lagunemise tulemusena tekkinud Higgsi bosoni mass on väike, siis on ülejäänud osakeste mass suur ja vastupidi. See lahendab elektronõrga hierarhia probleemi, mis on seotud suure lõhega eksperimentaalselt vaadeldud elementaarosakeste masside ja varajase universumi energiaskaalade vahel. Näiteks kaob iseenesest küsimus, miks 0,5 megaelektronvoltise massiga elektron on peaaegu 200 korda kergem kui samade kvantarvudega müüon - Universumis on täpselt samad osakeste komplektid, kus see erinevus pole nii tugev. .

Uue teooria kohaselt on LHC katsetes täheldatud Higgsi boson seda tüüpi kergeim osake, mis tekkis rehitoni lagunemise tulemusena. Teised seni avastamata osakeste rühmad on seotud raskemate bosonitega – praegu avastatud ja hästi uuritud leptonite (mis ei osale tugevas interaktsioonis) ja hadronite (osalevad tugevas interaktsioonis) analoogidega.

Uus teooria ei tühista, kuid muudab mitte niivõrd vajalikuks supersümmeetria kasutuselevõttu, mis tähendab superpartnerite olemasolu tõttu teadaolevate elementaarosakeste arvu kahekordistamist (vähemalt). Näiteks footoni puhul – fotono, kvark – skvark, higgs – higgsino jne. Superpartnerite spinn peab algosakese spinnist erinema poole täisarvu võrra.

Matemaatiliselt liidetakse osake ja superosake üheks süsteemiks (supermultipletiks); kõik kvantparameetrid ning osakeste ja nende partnerite täpses supersümmeetrias langevad kokku. Arvatakse, et supersümmeetria on looduses rikutud ja seetõttu ületab superpartnerite mass oluliselt nende osakeste massi. Supersümmeetriliste osakeste tuvastamiseks oli vaja võimsaid kiirendeid nagu LHC.

Kui supersümmeetria või uued osakesed või interaktsioonid eksisteerivad, usuvad uue uuringu autorid, et neid võib avastada kümne teraelektronvoldi skaalal. See on peaaegu LHC võimaluste piiril ja kui pakutud teooria peab paika, on uute osakeste avastamine seal äärmiselt ebatõenäoline.

Pilt: arXiv.org

750 gigaelektronvoldine signaal, mis võib viidata raskete osakeste lagunemisele kaheks gammafootoniks, nagu teatasid 2015. ja 2016. aastal LHC-s töötavad CMS-i (Compact Muon Solenoid) ja ATLAS-i (A Toroidal LHC ApparatuS) teadlased. tunnustatud statistiline müra. Alates 2012. aastast, mil sai teatavaks Higgsi bosoni avastamine CERNis, pole SM-laiendite abil ennustatud uusi fundamentaalseid osakesi tuvastatud.

Iraani päritolu Kanada ja Ameerika teadlane Nima Arkani-Hamed, kes pakkus välja uue teooria, pälvis 2012. aastal fundamentaalfüüsika auhinna. Auhinna asutas samal aastal Vene ärimees Juri Milner.

Seetõttu on oodata teooriate teket, mille puhul kaob vajadus supersümmeetria järele. "Paljud teoreetikud, sealhulgas mina, usuvad, et praegu on täiesti ainulaadne aeg, mil me lahendame olulisi ja süsteemseid küsimusi, mitte ühegi järgmise elementaarosakese üksikasju," ütles uue uuringu juhtiv autor, füüsik. Princetoni ülikoolist (USA).

Mitte igaüks ei jaga tema optimismi. Niisiis usub Harvardi ülikooli füüsik Matt Strassler, et uue teooria matemaatiline põhjendus on kaugeleulatuv. Samal ajal usub Paddy Fox Batavias (USA) asuvast Enrico Fermi riiklikust kiirendi laborist, et uut teooriat testitakse järgmise kümne aasta jooksul. Tema arvates peaksid osakesed, mis on moodustunud rühmas mis tahes raske Higgsi bosoniga, jätma jäljed KMB-le - iidsele mikrolainekiirgusele, mida ennustab Suure Paugu teooria.

Kognitiivne ökoloogia: Southamptoni ülikooli teadlased on meie universumi saladuste lahti harutamisel teinud suure läbimurde. Üks teoreetilise füüsika uusimaid saavutusi on holograafiline printsiip.

Southamptoni ülikooli teadlased on meie universumi saladuste lahti harutamisel teinud märkimisväärse läbimurde. Üks teoreetilise füüsika uusimaid saavutusi on holograafiline printsiip. Tema sõnul käsitletakse meie universumit kui hologrammi ja me sõnastame sellise holograafilise universumi jaoks füüsikaseadused.

Prof Skenderise ja dr Marco Caldarelli Southamptoni ülikoolist, dr Joan Campsi Cambridge'i ülikoolist ja dr Blaise Gutero Põhjamaade Teoreetilise Füüsika Instituudist Rootsis on avaldatud Physical Review D ja dr. keskendub negatiivselt kõverdatud aegruumi ja tasase aegruumi ühendamisele. Dokumendis selgitatakse, kuidas Gregory-Laflammé ebastabiilsusele tuginedes purunevad teatud tüüpi mustad augud häirimisel väiksemateks – nagu veenire puruneb sõrmega puudutamisel tilkadeks. Seda mustade aukude fenomeni on arvutisimulatsioonide raames varasemalt tõestatud ja praegune töö on selle teoreetilist alust veelgi sügavamalt kirjeldanud.

Aegruum on tavaliselt katse kirjeldada ruumi olemasolu kolmes dimensioonis, kus aeg toimib neljanda dimensioonina ja kõik neli saavad kokku, moodustades kontiinumi või oleku, milles nelja elementi ei saa eraldada.

Tasane aegruum ja negatiivne aegruum kirjeldavad keskkonda, milles universum ei ole kompaktne, ruum paisub lõpmatult, ajas pidevalt, igas suunas. Gravitatsioonijõude, nagu tähe tekitatud jõude, kirjeldab kõige paremini tasane aegruum. Negatiivselt kõverdatud aegruum kirjeldab universumit, mis on täidetud negatiivse vaakumenergiaga. Holograafia matemaatikat saab kõige paremini mõista negatiivselt kõverdatud aegruumi mudeli kaudu.

Professor Skenderis on välja töötanud matemaatilise mudeli, milles tasase aegruumi ja negatiivselt kõverdatud aegruumi vahel on uskumatuid sarnasusi, kuid viimane on sõnastatud negatiivse dimensioonide arvuga, mis ületavad meie taju.

"Vastavalt holograafiale on universumil fundamentaalsel tasemel üks mõõde vähem kui igapäevaelus harjunud ja see järgib elektromagnetismiga sarnaseid seadusi," ütleb Skenderis. "See idee on kooskõlas sellega, kuidas me näeme tavalist hologrammi, kui kolmemõõtmeline kujutis peegeldub kahemõõtmelisel tasapinnal, nagu hologramm krediitkaardil, kuid kujutage ette, et kogu universum on sel viisil kodeeritud."
"Meie uuringud jätkuvad ja loodame leida rohkem seoseid tasase aegruumi, negatiivselt kõverdatud aegruumi ja holograafia vahel. Traditsioonilised teooriad meie universumi toimimise kohta taandatakse selle olemuse individuaalseks kirjelduseks, kuid igaüks neist kukub ühel hetkel kokku. Meie lõppeesmärk on leida uus kombineeritud arusaam universumist, mis toimiks igas suunas.
2012. aasta oktoobris pääses professor Skenderis maailma silmapaistvamate teadlaste esikümnesse. Küsimuse "Kas ruumil ja ajal oli algus" kaalumise eest? ta sai 175 000 dollari suuruse auhinna. Võib-olla võimaldab universumi holograafiline mudel teada saada, mis oli enne Suurt Pauku? avaldatud